光束掃描式顯示裝置、顯示方法、程序以及集成電路的制作方法

專利名稱：光束掃描式顯示裝置、顯示方法、程序以及集成電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及HMD (頭戴式顯示器)等顯示裝置。
背景技術：
在以往的HMD (頭戴式顯示器)等顯示裝置中采用的方式是，使 激光進行二維掃描，并直接描繪到眼睛的視網膜(以下稱為激光掃描 方式)(例如，參照專利文獻1 、 2 )。激光掃描方式的顯示裝置也被 稱為視網膜掃描顯示器、視網膜照射顯示器、視網膜直接描繪顯示 器、激光掃描顯示器、直觀式顯示裝置、RSD(Retinal Scanning Display:視網膜掃描顯示器)、VRD(Virtual Retinal Display:虛擬視 網膜顯示器)等。
并且，激光掃描方式也有這樣一種方式，即具有焦點變更部， 通過變更各個像素顯示的深度，來實現三維立體顯示(例如，參照專 利文獻3)。
并且，激光掃描方式也有這樣一種方式，即具有波陣面曲率變 更部，通過變更激光的波陣面曲率半徑進行校正，以使波陣面曲率半 徑成為目標值(例如，參照專利文獻4)。
圖34A以及圖34B示出了眼鏡式的HMD的結構的例子。在圖 34A以及圖34B中，在眼鏡框上搭載了發出激光的光源IOI、 110， 控制激光的波陣面的波陣面形狀變更部102、 109，以及使激光以二 維方向掃描的掃描部103、 108。激光通過掃描部103、 108被投影 向眼鏡片，并通過眼鏡片的表面所具有的偏轉部104、 107的反射， 入射到用戶的眼睛，從而在視網膜上形成圖像。在此，偏轉部104、107中使用了半反射鏡(half mirror)或全息光學元件 (HOE:Hologram Optical Element)等，用戶能夠同時享用外部的景色 以及由激光描繪的圖像。并且，在掃描部103、 108中使用了微鏡器 件等，所使用的微鏡器件通過使一面單片反射鏡以一個軸或兩個軸方 向振動，而使激光在二維方向上掃描。
并且，在以往的微型顯示器式的HMD的其他的實施例中，采用 的不是激光光源而是將液晶顯示器或有機EL顯示器等微型顯示器作 為光源，并通過偏轉部將來自微型顯示器的光導入到用戶的眼睛。
與面向一般的個人電腦的顯示器一樣，在上述的HMD中也存在 因VDT(Visual Display Terminal :視覺顯示終端)作業而帶來的視 疲勞的問題。視疲勞主要是因為眼睛的焦點被固定在顯示器上而引起 的。圖35示出了人眼的構造。圖35是人眼的剖面圖，如圖中所示， 人眼是通過入射光1205透過晶狀體1202，并聚光于存在在眼球1201 深處的視網膜1204，來識別圖像的。
人眼是通過使睫狀體1203這種肌肉松馳或緊張來改變晶狀體 1202的厚度，進行調節，以使入射光1205能夠良好地聚光在視網膜 1204上。
一般，人在看近處時使睫狀體1203緊張，晶狀體1202變厚。通 過晶狀體1202的厚度增加，晶狀體的焦距變短，來自近處的光容易 聚光在視網膜1204上，從而可以清楚地看到近處的物體1301。該狀 況在圖36中示出。
另外，在看遠處時，通過使人眼的睫狀體1203松馳，晶狀體1202 變薄。通過減少晶狀體1202的厚度，晶狀體的焦距變長，使來自遠 處的光容易聚光在視網膜1204上，從而可以清楚地看到遠處的物體 1301。該狀況在圖37中示出。
在進行VDT作業時，由于要看離眼睛近的顯示器射出的光，因此， 通常是使睫狀體1203緊張，晶狀體1202變厚。在進行長時間的VDT 作業時，由于該睫狀體1203的緊張狀態會持續下去，因此引起睫狀體的疲勞，從而導致眼睛疲勞。
為了不使眼睛疲勞，在微型顯示器式HMD采用了使微型顯示器 或微鏡的位置改變的功能(例如，參照專利文獻5)。
在微型顯示器或微鏡的位置發生變化時，向用戶提示的圖像的可 視距離(用戶的眼睛與顯示圖像的虛像之間的距離)發生變化。因此， 若將向用戶提示的圖像顯示在離用戶遠的位置，則用戶的眼睛的晶狀 體變薄，睫狀體1203松馳。若利用此作用，則利用HMD的用戶的眼 睛疲勞可以得到緩解。
另外，在光束掃描式HMD中，不是使微型顯示器的位置移動， 而是通過使光束的波陣面曲率發生變化，來進行同樣的處理。 一般， 越從遠處來的光，波陣面曲率就越大(來自無限遠的光是波陣面曲率 無限大的平行光)。因此，若使來自激光光源的光的波陣面曲率變大， 則向用戶提示的圖像的可視距離變長，這樣，可以緩解睫狀體的緊張。
用于HMD等的圖像顯示裝置是個人用便攜式顯示終端之中的一 個圖像顯示裝置，從可穿戴的觀點上來看，采用圖34A和圖34B所示 的眼鏡的形式是較一般的。
在這樣的HMD等圖像顯示裝置中，例如將相當于眼鏡形態的鏡 片部分假定為屏幕等，使激光二維地掃描這部分，并直接描繪到觀察 人的視網膜，從而進行圖像顯示(例如，參照專利文獻6)。在此，相 當于屏幕的瞳孔傳輸透鏡采用了由里面反射鏡或表面反射鏡構成的反 射鏡，并且通過采用菲涅耳透鏡等來構成這些反射鏡，從而降低光學 全體的厚度，達到輕量小型，以具有可穿戴性。
然而，在這樣的激光掃描方式的HMD中，當激光光源或激光掃 描部沒有被設置在眼前，而是被設置在側頭部的情況下，通過屏幕從 激光光源到達視網膜的光路會因各個像素而在空間上產生不同。艮P, 在光路上設置的反射鏡等偏轉部上的光束的入射角、反射角、波陣面 形狀以及光點大小會因各個像素而產生不同。然而，即使從激光光源 輸出具有一定的波陣面形狀以及光點大小的光束，到達觀察人的眼睛的光束的波陣面形狀以及光點大小等特性也會因畫面內的像素而不 同。其結果是，出現各個像素的大小不均一，或像素大小超過容限等 問題。
為了解決這樣的問題，提出了這樣一種圖像顯示裝置，即在激 光掃描方式的圖像顯示裝置中所包含的使被掃描到觀察人的眼睛的激 光發生偏轉的光學單元中，為了與使光學單元的位置發生變化相對應， 而具有將激光的波陣面曲率校正到目標值的曲率校正部(例如，參照 專利文獻4)。據此，不管是否會因激光照射到光學單元的照射位置而
使激光的波陣面曲率等光學特性發生變化的程度產生不同，也可以校 正光學特性，以使觀察人能夠容易且正確地識別圖像。
并且，還提出了各種各樣的方式，即在被安裝在使用者的頭部 并進行圖像顯示的HMD等圖像顯示裝置中，對作為圖像顯示部的液
晶元件或有機EL等元件式顯示裝置或激光光束進行二維掃描，從而直
接描繪到視網膜的方式等。
在這樣的圖像顯示裝置中，由于能夠減輕使用者的安裝負擔且長 時間使用，因此能夠期待顯示裝置全體的輕量小型化。而且，若與一 般的眼鏡采用相同的設計構成的話，則能夠像通常的眼鏡那樣隨時穿 戴并活動自如。
但是，在利用這種像素式顯示裝置的方式中，越追求高畫質、廣 視角，顯示部以及使用將顯示部所發出的光導入到眼睛的棱鏡或半反 射鏡的接目光學系統就會越變得大型化，輕量小型化就比較困難。
并且，接目光學系統的結構是覆蓋在眼前，雖然叫做眼鏡，而實 際上形狀接近于風鏡或頭盔，因此很難實現自然的穿戴感，也很難實 現一般的眼鏡式的構成。
另外，圖34A以及圖34B所示的激光掃描方式的視網膜掃描式顯 示 器 的 特 征是， 采用 小 型 的 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System :微機電系統)微鏡器件，
從而能夠構成極小型的顯示裝置。而且，還提出，在接目光學系統中不采用棱鏡或半反射鏡而采用 全息反射鏡，以使光學系統薄型化，從而使裝置全體成為眼鏡型。(例
如，參照專利文獻2)。
圖38、圖39A以及圖39B示出了這樣一種眼鏡式圖像顯示裝置 的例子。
在圖38中，眼鏡式圖像顯示裝置81與通常的眼鏡一樣，由眼鏡 片82、眼鏡框83、以及眼鏡腿84構成。
通過被設置在眼鏡腿84上的開口 85照射激光光束86，并二維 掃描到眼鏡片82上的圖像反射區域87，且朝使用者的眼睛88偏轉。 入射到眼睛88的激光光束86在視網膜上形成光點，從而圖像被識別。
根據構成的不同，包括掃描部或電源部的外部設備89可以是有線 連接或無線連接(在圖中以虛線表示)。并且，還可以與聲音再生裝置 相結合，并設置耳機等(未圖示)。
圖39A是眼鏡式圖像顯示裝置81的平面圖，圖39B是側視圖。 在圖中僅示出了使用者的頭部以及眼鏡式圖像顯示裝置81的右半邊， 在兩眼對應的情況下，則成為左右對稱的構成(以下相同)。
如圖39A以及圖39B所示，在該實施例中的眼鏡腿84上搭載了 射出激光光束86的光源91、使激光光束86 二維掃描的掃描部92、 以及控制各個部的控制部94。眼鏡腿84的水平尺寸W采取了最小寬 度，即正好能夠使內藏的各個元件直線狀排列的寬度。
在入射到MEMS (Micro elector mechanical Systems :微機電 系統)微鏡的激光光束直徑為2mm左右的情況下，大致可在5至 10mm左右。
關于垂直尺寸H，由于通常的眼鏡片82的高度為25至35mm， 因此大致可取30mm左右。
激光光束86由光源91被投射向眼鏡片82，并由在眼鏡片82的 表面形成的作為全息反射鏡的偏轉部93反射，從而入射到使用者的眼 睛88，并在視網膜上形成圖像。全息反射鏡是形成李普曼全息圖(Lippmann type hologram )的光聚合物(photopolymer)層，
僅反射具有波長選擇性的激光光束的波長。這樣，用戶就可以同時看 到外邊的景色和由激光光束描繪的圖像。
以這樣的構成，在將MEMS微鏡用于掃描部92的情況下，從眼 鏡腿84的耳側向MEMS微鏡照射激光光束的光軸幾乎與眼睛的中心 軸平行，激光光束向MEMS微鏡的入射角(反射面的法線和入射光軸 形成的角)a與從MEMS微鏡向偏轉部93的入射角P相等。來自 MEMS微鏡的激光光束不被使用者的臉遮住而照射到偏轉部，若如圖 39A所示的設置那樣，貝ij a = p =60°。
并且，在同樣的構成中也有激光光束的入射方向不同的例子(例
乂W ，夢J1 、々^TU乂fflA / 乂 o
在專利文獻7中，激光光源不是被設置在了耳側，而是在眼鏡片
一側設置了光源部，并入射到掃描部。實際上，由于從掃描部到眼鏡
片一側沒有什么空間，因此成為圖40A以及圖40B所示的光路構成。 圖40A以及圖40B是示出像上述那樣的眼鏡式圖像顯示裝置的平 面圖和側視圖。
掃描部92與圖39A以及圖39B的構成位置相同。因此，從光源 91照射出的激光光束86，通過折回(折D返L)反射鏡95、 96，由靠 近掃描部92的眼鏡片82 —側照射。此時，朝向掃描部92的入射角 a成為，a=p/2=30°。
專利文獻1日本特開第2932636號公報
專利文獻2日本特開平10-301055號公報
專利文獻3日本特許第3103986號公報
專利文獻4日本特開2004—191946號公報
專利文獻5日本特許第3148791號公報
專利文獻6日本特開2000—221441號公報
專利文獻7日本特開2003—029198號公報
要在激光掃描方式的顯示器上實現高清晰度顯示，就需要使畫面內的像素大小變小，這樣，就需要使各個像素所對應的激光光點的大 小變小。
在激光掃描方式中，從光源到視網膜的光路會因各個像素而在空
間上不同。尤其是在將HMD作為眼鏡式時，光源和掃描部不是被設 置在眼前而是被設置在側頭部的情況，以及以廣視角大畫面顯示的情 況下，掃描部上的激光掃描角度、在眼前設置的反射鏡等(偏轉部) 上的激光的入射角、反射角、以及波陣面形狀變化，也會因各個像素 而差異很大。這樣，出現的問題是即使從光源輸出一定的波陣面形 狀的光束，到達用戶眼睛的光束的波陣面形狀也會因畫面內的像素而 不同，光束的光點大小也會不同，在各個像素的大小上出現不均一， 像素大小不能維持在容許范圍內。
在專利文獻4中示出了校正曲率半徑的方法，但是存在的問題是， 即使將曲率半徑控制在目標值，但如果光束光點大小不同的話，也會 使畫質降低。例如，不論是畫面的中央還是周邊都想控制成以平行光 (曲率為O)入射到眼中的話，則光束光點大小會在畫面中央和畫面周 邊出現不同。這樣，出現的問題是，在相鄰的掃描線之間會出現縫隙， 或者出現掃描線重疊的情況，從而導致畫質降低。
圖41示出了上述問題的例子。并且示出了將所述的專利文獻4 中的曲率校正部適用于眼鏡式的HMD的情況，為了作為眼鏡式，而 將掃描反射鏡設置在側頭部，全息衍射元件等平面形狀的偏轉鏡設置 在眼前。圖41示出了為了使從偏轉鏡朝向眼睛的光束的曲率成為O(平 行光)，曲率變更部變更了來自光源的光束的曲率的情況。如圖所示， 由于是平行光束，因此，Al處的光束光點大小(直徑)為450nm， Bl處的光點大小為2400nm，光點的大小會有很大的不同。這樣， 視網膜上的光點大小(像素大小)也會出現不同，即在視網膜上，A2 地點的光點大小為35 y m, B2地點的光點大小為7u m。
而且，在校正專利文獻4中的曲率半徑的方法中還會出現的問題 是光束的波陣面形狀為球面形狀，而且只有在其半徑發生了改變時才進行校正，在波陣面形狀的水平成分和垂直成分發生了不同的變化 等情況下，則不能校正到所需的曲率半徑和所需的光點大小。
圖42示出了該問題的例子。與圖41同樣，示出了將所述曲率校 正部適用于眼鏡式HMD的情況。圖42的平面圖是從頭的上方向下看 的圖，圖42的側面圖是從側面看的圖。
圖42的平面圖與圖41一樣，從偏轉鏡朝向眼睛的光束為平行光， Al處的光束光點大小(水平寬度)為450 n m， A2處的光點大小(水 平寬度)為35um。從偏轉鏡朝向眼睛的光束在平面圖中為平行光， 在側面圖中為發散光，在這種情況下的A1處的光點大小(垂直寬度) 為900um， A2處的光點大小(垂直寬度)為780um。
偏轉鏡的反射光在平面圖中為平行光，在側面圖中為發散光的原 因是，偏轉鏡的透鏡光學能力在水平方向和垂直方向不同，以及朝向 偏轉鏡的入射角在水平方向和垂直方向不同，這是因為將HMD作為 了眼鏡式的緣故。
這樣，水平方向若為平行光，垂直方向則不為平行光，同樣，垂 直方向若為平行光，水平方向則不為平行光，因此，在上述的專利文 獻4的曲率校正部，會出現不能校正為所需的曲率半徑以及光點大小 的情況。
而且，在激光掃描方式中也存在這樣的問題，即由于快速掃描 光束，而激光光點大小能夠變更的速度趕不上掃描速度的情況下，則 不能將畫面中的各個像素控制到所希望的大小。
并且，在上述說明的以往技術中還存在這樣的問題，即雖然可 以通過校正光學特性而使觀察者能夠正確地識別圖像，但是調整光學 特性的處理是較復雜的，因此在高精確度且高速運動的圖像中難于適 用。
并且，還會出現的問題是在不考慮用戶的眼睛的狀態而變化微
型顯示器的位置和激光的波陣面曲率的情況下，用戶的眼睛不能很好 地將入射光聚光在自己的視網膜上，因此，被顯示的圖像就會模糊。為了使入射光很好地聚光在視網膜上，就需要調節晶狀體，而調 節晶狀體需要一定的時間，而且，晶狀體能夠實現的薄厚程度也與人 的近視與遠視有關。為此，若在不考慮目前的晶狀體的薄度以及晶狀 體能夠實現的薄度的界限等情況下，在使微型顯示器的距離以及激光 的波陣面曲率等發生變化時，則晶狀體的變化無法應酬這些變化。因 此，導致入射光不能很好地聚光在視網膜上，用戶所識別到的顯示圖 像則是模糊的。
在上述的激光掃描HMD以及防止眼睛疲勞的HMD的以往的例子 中，沒有考慮到以上幾點。
而且，在以往的眼鏡式圖像顯示裝置中存在以下的問題。
在一般的眼鏡中有各種式樣，例如，有眼鏡框和眼鏡腿細的，也 有粗的，其中還有沒有眼鏡框而直接被安裝在眼鏡腿上的眼鏡等，還 有如圖38所示的寬眼鏡腿的式樣。在作為圖像顯示裝置將部件內藏于 眼鏡腿中的情況下，這種式樣的眼鏡比較合適。在這種情況下，眼鏡 腿的上下方向寬，水平方向薄比較好。特別是眼鏡腿的部分若向外側 突出的話，在款式上就會成為不自然的形狀，不適合常時使用。
在圖39A以及圖39B所示的眼鏡式圖像顯示裝置，雖然眼鏡腿的 水平尺寸W被設定為最小，但由于朝向作為掃描部的MEMS微鏡的入 射角為60'，是個較大的角度，因此，相應地MEMS微鏡所需要的尺 寸也會增大。
光束直徑Db和MEMS微鏡大小Dm相對于入射角a而言，由 于其關系為Dm-Db/cosa ，因此，在a =60°時，MEMS微鏡大小 為光束直徑的2倍。這樣，由于MEMS微鏡變大而導致高速驅動困難， 從而很難以高分辨率來顯示。
并且，由于變得又大又重，這樣就需要使MEMS微鏡的驅動部變 得更大，眼鏡腿寬度W也就變大。
在圖40A以及圖40B所示的眼鏡式圖像顯示裝置中，由于朝向 MEMS微鏡的入射角a設定得比圖39A以及圖39B小，因此MEMS微鏡大小可以比較小。在(1=30°時，MEMS微鏡大小Dm只要是激 光光束直徑Db的1.15倍即可，因此對高速驅動比較有利，但是，由 于光源91和折回反射鏡95被配置在MEMS微鏡的外側而構成了光 路，因此，眼鏡腿的水平尺寸W變大。

發明內容
本發明為了解決上述的問題，目的在于通過使光束的波陣面形狀 適當地變化，從而在激光掃描方式的顯示器上控制激光光點大小，以 實現以更高的分辨率來顯示高畫質。
并且，本發明為了解決上述以往的問題，目的在于提供一種圖像 顯示裝置，不僅能夠對應高精確度且高速的運動圖像，而且還能夠使 觀察者能夠正確地識別圖像的處理變得簡單。
并且，本發明為了解決上述的問題，目的在于通過一邊測定用戶 的視網膜上的光束的光點大小， 一邊使光束的曲率半徑發生變化，從 而既能夠防止影像的模糊而且又能夠防止眼睛疲勞。
并且，本發明為了解決上述的問題，目的在于提供一種眼鏡式圖 像顯示裝置，除抑制MEMS微鏡的大小，有利于高速驅動以外，還能 夠使眼鏡腿的水平尺寸變薄，并且穿戴舒適。
本發明所涉及的光束掃描式顯示裝置包括光源，輸出光束；掃 描部，掃描從所述光源輸出的光束；偏轉部，使在所述掃描部掃描的 光束向用戶的眼睛的方向偏轉；以及波陣面形狀變更部，為使光束的 光點大小在預先規定的容許范圍內，變更來自所述光源的光束的波陣 面形狀，并輸出到所述掃描部。
如本構成所示，通過變更光束的波陣面形狀，從而能夠使光束的 光點大小在規定的范圍內。這樣，所達到的效果是，減少畫面內的各 個像素大小的不均一，并實現高質量地顯示以及高分辨率地顯示。并 且，由于能夠對應變化更大的波陣面形狀，因此，達到的效果是，能 夠實現大畫面顯示以及將掃描部等配置在側頭部的眼鏡式HMD。并且，也可以是，光束掃描式顯示裝置包括光檢測部，檢測在所
述掃描部掃描的光束的一部分；所述波陣面形狀變更部根據所述光檢 測部的檢測結果，變更光束的波陣面形狀。
作為一個實施例，所述光檢測部對入射到用戶的眼睛的光束在角
膜上的反射光進行檢測。光束掃描式顯示裝置包括視線檢測部，根
據由所述光檢測部檢測出的反射光的強度，檢測用戶的視線方向，，以 及視野位置判斷部，利用在所述視線檢測部檢測出的視線方向，判斷
在用戶的視野區域內的光束的位置；并且，所述波陣面形狀變更部， 根據按照在所述視野位置判斷部判斷的光束的位置而變動的所述容許 范圍，變更光束的波陣面形狀。
通過此構成，即使在視線移動了的情況下也可以得到降低畫質下 降的效果。
并且，也可以是，所述容許范圍的上限，在光束越接近用戶的視 野中心的情況下就越大，在越遠離視野中心的情況下就越小。通過此 構成，不會使中心視野的畫質下降，并且能夠使波陣面形狀變更部的 工作速度降低。同樣，即使波陣面形狀變更部的工作速度慢的情況下， 也能夠得到高畫質的HMD。
并且，也可以是，所述容許范圍的上限是與用戶的視野區域內 的位置所對應的視力分辨能力相對應的值、和與視野中心的目標顯示 分辨率相對應的值中的值大的一個。通過此構成，達到的效果是，即 使在使周邊視野的光點大小大于中心視野的情況下，也不會使用戶的 眼睛識別到畫質下降。
作為其他的實施例也可以包括光點大小判斷部，根據所述光檢
測部的檢測結果，判斷入射到用戶的眼睛的光束在視網膜上的光點大
小；以及光束曲率控制部，保持光束的曲率半徑的目標值，在所述光
點大小判斷部所判斷的光點大小不超過預先規定的閾值的范圍內，以 規定的值為單位來變更光束的曲率半徑，從而使光束的曲率半徑分階 段地接近所述目標并且，在所述光點大小判斷部所判斷的光點大小不超過預先規定 的閾值的范圍內，光束的曲率半徑的所述目標值被設定為最大的值。
通過此構成，能夠防止顯示給用戶的影像發生模糊，并且能夠防 止眼睛的睫狀體緊張，從而緩解眼睛疲勞。
并且，在所述光點大小判斷部的判斷結果超過了所述閾值的情況 下，所述光束曲率控制部降低所述目標值。
通過此構成，能夠應對因近視等影響而不能在遠處結焦的用戶。
并且，也可以是，所述光束曲率控制部只有所述光點大小在一定 的時間內的變動幅度在一定值以下的情況下，才變更光束的曲率半徑。
通過此構成，能夠考慮到在光束的曲率半徑變更時晶狀體調節所 需要的時間，來決定光點大小。
并且，光束掃描式顯示裝置還包括運動檢測部，檢測用戶的身體
動作變化；并且，也可以是，所述光束曲率控制部，根據所述運動檢 測部的輸出，在用戶的身體動作變化的幅度在一定值以上的情況下， 不進行所述曲率半徑的變更。
通過此構成，在用戶處于運動狀態時等，不是觀看顯示影像而是 觀看外界的可能性比較高的情況下，能夠中斷處理，從而能夠減少不 不要的處理。并且，也可以是，所述光束曲率控制部交替地重復使光 束的曲率半徑增加的期間和使所述曲率半徑減少的期間。通過此構成， 能夠防止顯示影像發生模糊，并能夠反復地使睫狀體以一定的周期松 馳或緊張。這樣，能夠減輕睫狀體的疲勞，從而緩解眼睛疲勞。
作為其他的實施例，所述偏轉部包括襯底和至少在所述襯底的一 部分上形成的全息反射鏡；并且，所述全息反射鏡也可以具有偏轉 區域和反射體，所述偏轉區域使來自所述掃描部的掃描光朝向用戶的 眼睛，所述反射體反射由所述掃描部輸出的光束的一部分并導入到所 述光檢測部。
通過這樣的構成，由于能夠簡單地構成小型且輕量型的進行圖像 處理的光學系統，因此，能夠高速且高精確度地進行光學調整。并且，能夠簡單地進行為使觀察者能夠正確地識別圖像的處理。
并且，也可以是，所述反射體被形成在所述偏轉區域內；所述偏 轉區域和所述反射體被復用。通過這樣的構成，由于能夠簡單地構成 小型且輕量型的進行圖像處理的光學系統，因此，能夠高速且高精確 度地進行光學調整。并且，能夠簡單地進行為使觀察者能夠正確地識 別圖像的處理。
并且，也可以是，所述反射體至少被形成在所述偏轉區域的周圍 的一部分。通過這樣的構成，能夠進一步使光偏轉部變薄，從而能夠
實現小型且輕量、薄型的HMD。并且，能夠在不給所顯示的影像帶來
影響的情況下，通過將掃描光的一部分掃描到全息反射鏡，從而能夠 進行光學調整。
并且，所述反射體也可以是，在視網膜上的光點大小成為最佳值 時，所述反射體輸出最強的反射光。通過這樣的構成，能夠進一步擴 大在進行光學調整時的伺服范圍，或者能夠進一步減少偏移。
并且，所述光源包括紅色激光光源、藍色激光光源、以及綠色 激光光源，該綠色激光光源具有輸出中心波長在750nm以上、 1500nm以下的紅外光的紅外線激光光源，以及將紅外光的一部分轉 換為綠色的二次諧波產生(SHG : Second-Harmonic Generation) 元件。并且，也可以是，所述反射體反射所述紅外光。
通過這樣的構成，由于可以不必另外設置用于伺服的光源，因此 可以使裝置小型化、輕量化，并且可以實現省能源化。并且，由于能 夠使伺服用光源和光檢測部靠近配置，因此，更能夠確實地進行光學 調整。
并且，也可以是，所述偏轉部具有屏蔽紅外光的屏蔽膜，該屏蔽 膜在與所述襯底的安裝有所述全息反射鏡的面相反一側的面上。通過 這樣的構成，能夠防止紅外光從外側的面的外部入射到偏轉面，從而 能夠進一步改善由紅外光造成的S/N比，并能夠高精確度地進行光的 檢測。并且，也可以是，所述光檢測部檢測所述反射光的波陣面形狀中 與光軸垂直、且相互成正交的兩個方向的每個方向上的光束的曲率半 徑。
并且，也可以是，所述光檢測部檢測從所述掃描部輸出的、且在 所述偏轉部、用戶的眼睛的角膜、用戶的眼睛的視網膜、以及用戶的 瞳孔的虹彩中的任一個反射的反射光。通過這樣的構成，從而能夠進 一步使偏轉部的光學構成簡易化。
并且，也可以是，所述波陣面形狀變更部具有水平分量變更部和 垂直分量變更部，所述水平分量變更部變更光束的水平分量的波陣面 形狀，所述垂直分量變更部變更垂直分量的波陣面形狀。
通過此構成，即使在波陣面形狀的水平分量和垂直分量發生不同 的變化的情況下，也能夠得到控制光點大小的效果。尤其是，對于光 束的水平方向的光路變化的大小和垂直方向的光路變化的大小不相同 的光學設置有效，因此，能夠實現光學系統被配置在平面上等的薄型麗D。
并且，也可以是，所述水平分量變更部比所述垂直分量變更部更 能夠使光束的波陣面形狀發生大的變更。
通過此構成，能夠對應波陣面形狀的水平掃描時的變化大于垂直 掃描時的變化的情況。尤其是，在將掃描部配置于側頭部，將偏轉部 配置于眼前正面的情況下等，能夠實現光束的水平方向的光路變化大 于垂直方向的HMD。并且，在設垂直掃描為掃描部的高速軸，水平掃 描為低速軸時，由于能夠使高速軸的變化減小，因此，即使在波陣面 形狀變更部的工作速度慢的情況下，也能夠實現高畫質的HMD。
并且，也可以是，所述波陣面形狀變更部中的所述水平分量變更 部和所述垂直分量變更部在光路上被串聯配置，并依次變更光束的波 陣面形狀。
通過此構成，可以不必采用同時變更水平分量和垂直分量的方法， 而釆用僅變更水平分量的方法和僅變更垂直分量的方法，因此能夠更加簡單地實現HMD，并能夠進一步降低成本。
并且，也可以是，所述波陣面形狀變更部變更光束的波陣面形狀， 以使在所述掃描部的水平方向掃描時的波陣面形狀的變更大于垂直方 向掃描時的波陣面形狀的變更。
通過此構成，能夠對應波陣面形狀的水平掃描時的變化大于垂直 掃描時的變化的情況。尤其是，在將掃描部配置于側頭部，將偏轉部 配置于眼前正面的情況下等，能夠實現光束的水平方向的光路變化大 于垂直方向的HMD。并且，在設垂直掃描為掃描部的高速軸，水平掃 描為低速軸時，由于能夠使高速軸的變化減小，因此，即使在波陣面 形狀變更部的工作速度慢的情況下，也能夠實現高畫質的HMD。
并且，作為其他的實施例也可以是，該光束掃描式顯示裝置為眼 鏡式的圖像顯示裝置，具體包括 一對透鏡，具有所述偏轉部； 一對 眼鏡腿，從所述一對透鏡的各個透鏡的外緣部向后方延伸，并且至少 保持所述掃描部；以及折回反射鏡，將來自所述光源的光束導入到所 述掃描部，且該折回反射鏡被配置在，向所述掃描部入射的光束的入 射角比從所述光源直接入射到所述掃描部的情況小的位置上；并且， 也可以是，所述折回反射鏡包括第一反射鏡，被配置在與所述眼鏡 腿內的所述掃描部垂直的方向上且與所述掃描部隔離，并且該第一反 射鏡反射來自所述光源的光束；以及第二反射鏡，被配置在比所述第 一反射鏡離所述透鏡近的位置，并將來自所述第一反射鏡的反射光導 入到所述掃描部。
通過此構成，可以不必增大眼鏡腿的水平尺寸，抑制入射到作為 掃描部的MEMS微鏡的入射角，使高速驅動成為可能，從而能夠構成
高分辨率的穿戴感良好的眼鏡式圖像顯示裝置。
并且，也可以是，所述偏轉部是全息反射鏡，包括圖像反射區
域，使來自所述掃描部的掃描光向用戶的眼睛方向偏轉；以及折回反
射區域，起到所述第二反射鏡的功能。通過本構成，可以不必使眼鏡 腿內側突出，使水平尺寸降低為最小限，從而能夠構成穿戴感良好的眼鏡式圖像顯示裝置。
并且，也可以是，所述折回反射區域具有用于校正在所述偏轉區 域所產生的像差的至少一部分的像差。
并且，也可以是，所述波陣面形狀變更部包括透鏡，對由所述
光源輸出的光束進行聚光；反射鏡，使在所述透鏡被聚光的光束反射 向所述透鏡；以及位置控制部，控制所述透鏡和所述反射鏡之間的距 離。
本發明所涉及的光束掃描式顯示方法包括光束輸出步驟，輸出
光束；掃描步驟，掃描在所述光束輸出步驟輸出的光束；偏轉步驟， 使在所述掃描部掃描的光束向用戶的眼睛的方向偏轉；以及波陣面形 狀變更步驟，為使光束的光點大小在預先規定的容許范圍內，變更來 自所述光束輸出步驟的光束的波陣面形狀，并輸出到所述掃描步驟。 本發明所涉及的程序使計算機執行以下的步驟光束輸出步驟， 輸出光束；掃描步驟，掃描在所述光束輸出步驟輸出的光束；偏轉步 驟，使在所述掃描部掃描的光束向用戶的眼睛的方向偏轉；以及波陣 面形狀變更步驟，為使光束的光點大小在預先規定的容許范圍內，變 更來自所述光束輸出步驟的光束的波陣面形狀，并輸出到所述掃描步
本發明所涉及的集成電路包括光源，輸出光束；掃描部，掃描 從所述光源輸出的光束；偏轉部，使在所述掃描部掃描的光束向用戶 的眼睛的方向偏轉；以及波陣面形狀變更部，為使光束的光點大小在 預先規定的容許范圍內，變更來自所述光源的光束的波陣面形狀，并 輸出到所述掃描部。
并且，本發明不僅可以作為光束掃描式顯示裝置來實現，而且可 以作為實現光束掃描式顯示裝置的功能的集成電路來實現，并且還可 以作為使計算機執行這些功能的程序來實現。并且，這樣的程序可以 通過CD-ROM等記錄介質或互聯網等傳輸介質來分發。并且，本發明
還可以作為由這樣的圖像編碼方法以及圖像編碼裝置生成的數據流來實現，也可以作為實現這樣的圖像編碼裝置的功能的集成電路來實現。 本發明的光束掃描顯示裝置，能夠通過波陣面形狀變更部變更波 陣面形狀，以使通過偏轉部被偏轉的光束的光點大小在規定的范圍內， 從而使光束的光點大小在規定的范圍內。這樣，能夠減少畫面內的各 個像素大小的不均一，從而能夠達到以更高的畫質、更高的分辨率來 顯示。并且，由于能夠應對更大的波陣面形狀的變化，因此，能夠實
現大畫面顯示，以及能夠實現將光源設置在側頭部的眼鏡式的HMD。 并且，在光束掃描式的HMD中，能夠通過一邊測定用戶的視網 膜上的光束的光點大小， 一邊使光束的曲率半徑發生變化，從而不僅 能夠防止圖像模糊，而且能夠防止眼睛疲勞。
并且，由于本發明能夠高速且高精確地進行光學調整，因此，能 夠實現高速且高精確度地顯示運動圖像的圖像顯示裝置。并且，由于 利用了來自比視網膜的反射率更大的反射體的反射光，因此，能夠確 實地且高精度地進行光學調整，對于干擾以及光束的一部分被遮擋等 影響而言，能夠使光學特性等穩定。這樣，觀察者能夠正確地識別到 鮮明的圖像。
并且，可以不必使MEMS微鏡大小增加，且可以通過將眼鏡腿的 水平方向的厚度限制在最小，從而可以實現一種分辨率高且穿戴舒適、 日常活動中能夠常時利用的眼鏡式圖像顯示裝置。


圖1A是本發明的實施例1中的光束掃描式顯示裝置的平面圖。 圖1B是本發明的實施例1中的光束掃描式顯示裝置的側面圖。 圖2是本發明的實施例1中的光束掃描式顯示裝置的詳細構成圖。 圖3是柱面透鏡(cylindricallens)的構造的斜視圖。 圖4是圖3的IV—IV線上的剖面圖。 圖5是圖3的V—V線上的剖面圖。
圖6示出了在波陣面曲率變更部，柱面透鏡和反射鏡之間的距離與柱面透鏡的焦距一致的狀態。
圖7示出了在波陣面曲率變更部，柱面透鏡和反射鏡之間的距離 比柱面透鏡的焦距近的狀態。
圖8是掃描部的構造的斜視圖。
圖9A是光束掃描式顯示裝置的方框圖。
圖9B是本發明的實施例1中的圖9A的中央處理部的詳細圖。
圖10是本發明的實施例1中的光束掃描式顯示裝置的工作流程圖。
圖11A示出了視力分辨能力所對應的光點大小和目標分辨率所對 應的光點大小的關系。
圖11B示出了光點大小的容許范圍。
圖11C與圖11A —樣，示出了掃描范圍和視野中心不一致的情況。
圖12示出了本發明的實施例l中的光點大小與波陣面形狀以及 視野位置的對應表圖13是本發明的實施例2中的圖9A的中央處理部的詳細圖。 圖14是本發明的實施例2中變更光束的曲率半徑的處理流程圖。 圖15是本發明的實施例2中的光束的曲率半徑和光束的光點大
小的關系表的一示例圖。
圖16示出了將本發明的實施例2中的光束的曲率半徑變大時，光 束的聚光位置的變化。
圖17示出了將本發明的實施例2中的光束的曲率半徑變小時，光 束的聚光位置的變化。
圖18是本發明的實施例3中所涉及的圖像顯示裝置的概略構成圖。
圖19A示出了眼睛中的掃描光的焦點位置。 圖19B示出了在光檢測部受到衍射光的狀態。 圖19C示出了光檢測部的受光元件上的光點大小。圖20A示出了眼睛中的掃描光的焦點位置。 圖20B示出了在光檢測部受到衍射光的狀態。 圖20C示出了光檢測部的受光元件上的光點大小。 圖21A示出了眼睛中的掃描光的焦點位置。 圖21B示出了在光檢測部受到衍射光的狀態。 圖21C示出了光檢測部的受光元件上的光點大小。 圖22是本發明的實施例4所涉及的圖像顯示裝置的概略構成圖。 圖23A示出了全息反射鏡的一個例子。 圖23B示出了全息反射鏡的其他的例子。 圖24A示出了用于產生伺服光的全息反射鏡的全息圖案。 圖24B示出了檢測兩個方向的光束的曲率半徑的光檢測部。 圖25是本發明的實施例5所涉及的圖像顯示裝置的重要部分的 放大圖。
圖26A是本發明的實施例6中的眼鏡式圖像顯示裝置的平面圖。 圖26B是本發明的實施例6中的眼鏡式圖像顯示裝置的側面圖。 圖26C是本發明的實施例6中的眼鏡式圖像顯示裝置的X向視圖。
圖27A是本發明的實施例7中的眼鏡式圖像顯示裝置的平面圖。 圖27B是本發明的實施例7中的眼鏡式圖像顯示裝置的側面圖。 圖27C是本發明的實施例7中的眼鏡式圖像顯示裝置的X向視圖。
圖28是本發明的實施例8中的汽車搭載式的HUD的構成圖。 圖29是本發明的實施例9中的椅子裝配式的顯示裝置的構成圖。 圖30是本發明的實施例1 0中的激光掃描式的HUD的構成圖。 圖31是圖30所示的激光掃描單元的詳細圖。 圖32是本發明的實施例11中的激光掃描式的單眼鏡的構成圖。 圖33是本發明的實施例12中的激光掃描式的顯示器的構成圖。 圖34A是以往的光束掃描式顯示裝置的平面圖。圖34B是以往的光束掃描式顯示裝置的側面圖。 圖35是人眼構造的剖面圖。
圖36示出了在看近處的物體時的晶狀體和睫狀體的狀態。 圖37示出了在看遠處的物體時的晶狀體和睫狀體的狀態。 圖38是眼鏡式圖像顯示裝置的外觀示例的斜視圖。 圖39A是以往的眼鏡式圖像顯示裝置的第一個例子的平面圖。 圖39B是以往的眼鏡式圖像顯示裝置的第一個例子的側面圖。 圖40A是以往的眼鏡式圖像顯示裝置的第二個例子的平面圖。 圖40B是以往的眼鏡式圖像顯示裝置的第二個例子的側視圖。 圖41示出了以往例子中的問題。 圖42示出了以往例子中的問題。
符號說明
10、 30、 50圖像顯示裝置
11、 91、 101光源 11 a準直鏡
1 lb 二向色鏡(Dichroic Prism) 11R、 211紅色激光光源(R光源) 11G、 213綠色激光光源(G光源) 11B、 212藍色激光光源(B光源)
12、 12 a 激光
13、 92、 103掃描部 13 a 反射鏡
14、 14 a 、 14b掃描光 15瞳孔
16、 93、 104偏轉部
16 a襯底
16b全息反射鏡16c偏轉面 16d外側的面 16e屏蔽膜
16f、 51產生伺服光用全息反射鏡 16g第一反射式全息反射鏡 16h第二反射式全息反射鏡 17虹彩
17 a反射層 17b反射光
17c、 17d、 19b光點大小
18、 52、 214光檢測部
18 a 、 22、 23、 53受光元件 18b、 21b物鏡
18c孔 18d衍射光柵 18f、 18g衍射光 18h紅外激光光源
19、 88眼睛
19 a 、 1204視網膜 19c焦點位置
20、 94、 105控制部
20 a 光束形狀調節部
20b伺服反射鏡(Servo mirror) 21光學距離調整部 21a 棱鏡
22 a 、 22b、 22c、 23 a 、 23b、 23c受光部 31箭頭
32、 32 a 、 32b光束掃描方向33光束偏轉區域 34產生伺服光的區域 51a 全息圖案 55看上去的發光點 81眼鏡式圖像顯示裝置 82眼鏡片 83眼鏡框 84眼鏡腿 85開口 86激光光束 87圖像反射區域 89外部裝置
95、 96、 2202折回反射鏡 97掃描中心軸 98折回反射區域 102波陣面形狀變更部 l(Ba反射鏡部 103b框體 103c、 103d軸部 106耳機部
201、 2101焦距水平分量變更部
202、 2102焦距垂直分量變更部 203柱面透鏡
203 a平面部
203b曲面部
203c、 203d 端面部
204反射鏡
401偏轉部支撐部501中央處理部
502存儲部
503輸入輸出控制部
520通信部
531視線檢測部
532視野位置判斷部
1201、> 2006眼球
1202晶狀體
1203睫狀體
1205入射光
1301物體
1501光點大小判斷部
1502光束曲率控制部
2001汽車
2002激光掃描單元
2003擋風玻璃
2004半反射鏡
2005駕駛員
2007天棚
2008支撐桿
2201單眼鏡
2203攝像機
2301顯不器
2302桌子
具體實施例方式
以下參照附圖對本發明的實施例進行說明。 (實施例1)參照圖1A 圖9B對本發明的實施例1所涉及的光束掃描式顯示 裝置進行說明。并且，圖1A以及圖1B是本發明的實施例1中的眼鏡 式的HMD (頭戴式顯示器)的構成圖(平面圖和側面圖)。圖2是圖 1A的一部分的詳細圖。圖3 圖5是用于說明柱面透鏡的形狀以及功 能的圖。圖6以及圖7是用于說明波陣面形狀變更部的功能的圖。圖 8示出了掃描部的構成。圖9A以及圖9B是HMD的控制方框圖。
如圖1A、圖1B以及圖2所示，在光束掃描式顯示裝置的眼鏡框 部分被設置有光源101、波陣面形狀變更部102、掃描部103、控 制部105、以及耳機部106，在光束掃描式顯示裝置的眼鏡片部分被 設置有偏轉部104。并且，在圖1A以及圖1B中僅對眼鏡的左側部分 標注了參考編號，眼鏡的右側部分也同樣。
光源101輸出光束。被輸出的光束如圖2所示，是由紅色激光光 源211、藍色激光光源212、以及綠色激光光源213輸出的各個激光 合成的激光。并且，可以通過適當地對各個顏色的激光光源的輸出進 行調制，從而能夠輸出任意的顏色的激光。并且，可以通過與后述的 波陣面形狀變更部102以及掃描部103連動調制，從而能夠將圖像顯 示在用戶的眼睛的視網膜上。
并且，在圖2中，綠色激光光源213是使紅外線的半導體激光光 源和將紅外線變換為綠色的SHG(Second-Harmonic Generation:二 次諧波產生)元件組合而輸出綠色的光束的，不過，也可以使用綠色的 半導體激光光源。并且，各個光源可以是固體激光、液體激光、氣體 激光、以及發光二極管中的任一個。
并且，在圖2中是對各個激光光源的激光進行調制的，不過也可 以通過將調制從激光光源輸出的光的單元與激光光源組合，從而調制 激光。
并且，光源101可以包含圖2中的光檢測部214。實施例1中的 光檢測部214通過檢測來自用戶眼睛角膜的反射光的強度，從而能夠 檢測用戶的視線方向。來自角膜的反射光的強度依存于角膜表面的入射角而變化。具體而言，垂直入射于角膜表面的光束的反射率相對比 較高，從斜方向入射到角膜表面的光束的反射率相對比較低。因此，
光檢測部214通過檢測反射光的強度，從而能夠檢測用戶的視線方向。 波陣面形狀變更部102使來自光源101的光束的波陣面形狀發生 變化，從而使后述的在偏轉部104被偏轉了的光束的光點大小在規定 的范圍內。
光束的"光點大小"作為以后將要說明的用戶的眼睛中的視網膜上 的光點大小，可以是瞳孔上的光點大小、角膜上的光點大小、以及偏 轉部104上的光點大小。視網膜上的光點大小與顯示的像素大小相同。 并且，"波陣面形狀"是指光束波陣面的三維形狀，包括平面、球面、 以及非球面的形狀。
如圖2所示，在波陣面形狀變更部102，通過在光路上串聯設置 焦距水平分量變更部(水平分量變更部)201和焦距垂直分量變更部 (垂直分量變更部)202，從而能夠獨立地變更波陣面形狀的水平方向 的曲率半徑和垂直方向的曲率半徑。
焦距水平分量變更部201以及焦距垂直分量變更部202分別包 括使從光源101輸出的光束聚光的柱面透鏡203，以及將柱面透鏡 203所聚光的光束向柱面透鏡203反射的反射鏡204。
并且，通過變更柱面透鏡203和反射鏡204之間的距離，來變更 光束的曲率半徑。并且，柱面透鏡203和反射鏡204之間的距離由作 為位置控制部來工作的控制部105控制。
在此，參照圖3 圖7對波陣面形狀變更部102的結構進行說明。 并且，圖3是柱面透鏡203的斜視圖，圖4是圖3的IV-IV處的剖面 圖，圖5是圖3的V-V處的剖面圖。并且，圖6示出了柱面透鏡203 和反射鏡之間的距離與柱面透鏡203的焦距f 一致時的狀態，圖7示 出了反射鏡204從圖6的狀態向柱面透鏡203接近了距離d時的狀 態。
首先，如圖3所示，柱面透鏡203的形狀是以與圓柱的底面垂直的平面進行切斷而形成的形狀，柱面透鏡203包括相當于切斷面的 平面部203a、相當于圓柱的側面的曲面部203b、相當于圓柱底面以 及上面的一對端面部203c和203d。在波陣面形狀變更部102將柱 面透鏡203配置成，使光束從平面部203a側入射。
以下，如圖4所示，在通過柱面透鏡203的光束中，與一對端面 部203c和203d平行(圖3的IV-IV平面)的分量，按照曲面部203b 的曲率而折射。另外，如圖5所示，與一對的端面部203c和203d 垂直(圖3的V-V平面)的分量不發生任何變化地通過。
因此，在焦距水平分量變更部201將一對端面部203c和203d 以朝向上下的方向(使IV-IV平面與水平方向平行)來配置。并且， 在焦距垂直分量變更部202將一對端面部203c和203d以朝向左右 的方向(使IV-IV平面與垂直方向平行)來配置。
以下，如圖6所示，在柱面透鏡203和反射鏡204之間的距離與 柱面透鏡203的焦距f 一致的情況下，入射到柱面透鏡203的平行光 (曲率半徑無限大)發生折射后，焦點在反射鏡204的表面。并且， 由反射鏡204反射的光束在柱面透鏡203被再次折射，并作為平行光 被輸出(被準直)。
另外，如圖7所示，在為了使柱面透鏡203和反射鏡204之間的 距離比柱面透鏡203的焦距f近，而將反射鏡204移動了距離d的情 況下，入射到柱面透鏡203的平行光(圖7中的實線)在反射鏡204 的表面沒有焦點。并且，在反射鏡204反射后，焦點在離反射鏡204 距離d的位置(即，從柱面透鏡203距離f一2d的位置)上。此光束 即使再次通過柱面透鏡203也不會返回到平行光，作為具有規定的曲 率半徑的漫射光(圖7的虛線)被輸出(沒有被準直)。
艮P，柱面透鏡203和反射鏡204之間的距離越接近焦距f，則從 波陣面形狀變更部102輸出的光束的曲率半徑就越大。相反，柱面透 鏡203和反射鏡204之間的距離離焦距越遠，則從波陣面形狀變更部 102輸出的光束的曲率半徑就越小。如以上所述，通過適當地變更柱面透鏡203和反射鏡204之間的 距離，就能夠變更光束的曲率半徑。并且，焦距水平分量變更部201 和焦距垂直分量變更部202都隨曲率半徑的變更，而光束的直徑發生 變化。
并且，如圖3所示的柱面透鏡203，雖然將光束入射的面作為了 平面(平面部203a)，但并非受此所限，也可以是凸狀曲面或凹狀曲 面。
并且，若將水平方向的曲率的變化大于垂直方向的變化，則可以 通過水平方向的變化來使對應的范圍擴大，從而，在需要使畫面的水 平視角大于垂直視角的情況、以及如在側頭部具有掃描部(待后述) 的HMD那樣，從掃描部到偏轉部(待后述)的光束的水平入射角比 垂直入射角大的情況下尤其見效。
并且，在圖2中，在表示波陣面形狀的項目中，變更的是諸如水 平方向的曲率半徑和垂直方向的曲率半徑以及各自的光束的直徑的波 陣面形狀的一部分，不過也可以變更其他的項目，例如可以變更波陣 面內的曲率的分布以及波陣面端部的形狀以及大小等。
而且，在圖2的波陣面形狀變更部102，雖然是利用柱面透鏡203 和反射鏡204來變更波陣面形狀的，不過，也可以利用其他的方法， 例如利用液晶透鏡、液體透鏡等可變形狀的透鏡、以及衍射元件、EO 元件(電—光轉換元件)等。
掃描部103使從波陣面形狀變更部102輸出的光束二維掃描。掃 描部103是能夠使角度在二維上發生變更的單板小型鏡，是 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System :微機電系統)微鏡。
如圖8所示，掃描部103由能夠以X軸為中心進行旋轉的反射鏡 部103a、和能夠以與x軸垂直的y軸為中心進行旋轉的框體103b組 成。具體而言，反射鏡部103a被安裝在框體103b的內偵ij，且可以通 過在x軸方向上的軸部103c在框體103b的內側旋轉。并且，框體 103b被安裝在支撐部件(在圖中未示出)的內側，且可以通過在y軸方向上的軸部103d在支撐部件的內側旋轉。
根據上述的構成，反射鏡部103a能夠以軸部103c為中心，相對 于框體103b旋轉。同樣，框體103b能夠以軸部103d為中心，相對 于支撐部件旋轉。并且，框體103b在圍繞y軸旋轉時，反射鏡部103a 也一起旋轉。這樣，掃描部103能夠二維地掃描光束。
并且，掃描部103也可以由水平掃描用和垂直掃描用的兩種以上 的掃描部來構成。并且，掃描部不僅限于在物理上使反射鏡傾斜的方 法，也可以采用使透鏡移動、衍射元件旋轉的方法，以及可以采用液 晶透鏡、可變形透鏡、AO元件(聲光學元件)和EO元件(電一光轉 換元件)等偏轉元件的方法。
偏轉部104使掃描部103掃描的光束的方向偏轉于朝向用戶的眼 睛的方向。偏轉部104可以是在眼鏡的鏡片的內側(眼睛一側)形成 例如形成李普曼全息圖的光聚合物層，并使來自掃描部103的光束在 用戶的眼睛的瞳孔處衍射并聚光。
在光聚合物層可以形成多層分別反射來自紅色、綠色、藍色光源 的光的三個全息圖，也可以層疊與各個顏色的光相對應的三層全息圖。 并且，通過使光聚合物層成為，利用全息圖的波長選擇性，僅使光源 波長的光衍射，不使幾乎來自外界的所有的光，也就是說光源波長以 外的波長的光衍射，從而可以作為透過型的顯示器。
并且，偏轉部104不限定于通過全息圖等衍射元件來進行偏轉， 也可以通過凹面鏡等反射鏡以及凸面鏡等透鏡來進行偏轉。并且，偏 轉部104的偏轉方式也可以是，像反射型屏幕以及透過型屏幕那樣， 光束打在屏幕上并發散，這樣，來自屏幕的發散光的一部分被偏轉于 用戶的眼睛的方向。
控制部105具備控制HMD各個部的集成電路。控制部105如圖 9A和圖9B所示，也可以包括中央處理部501、存儲部502、以及輸 入輸出控制部503。
中央處理部501作為視線檢測部531以及視野位置判斷部532等工作。存儲部502存儲在控制部105使用的數據。在實施例1中， 存儲部502存儲圖IIB所示的視野位置和光束光點大小之間的關系 的表，和圖12所示的視網膜上的光束光點大小、波陣面形狀變更部 102輸出的光束的波陣面形狀、以及視野位置的關系的表，還有其他 的各種信息。
輸入輸出控制部503控制向成為控制部105的控制對象的光源 101、波陣面形狀變更部102、以及掃描部103等的控制信號輸出以 及控制來自控制對象的信號輸入。具體而言，輸入輸出控制部503也 可以包括按照每個控制對象類別的光源輸入輸出控制部510、波陣 面形狀變更輸入輸出控制部511、掃描輸入輸出控制部512、偏轉輸 入輸出控制部513、耳機輸入輸出控制部514、電源輸出輸出控制部 515、以及通信輸入輸出控制部516等。通過在輸入輸出控制部503 執行有關輸入輸出的處理，從而能夠降低中央處理部501的負荷。
中央處理部501與存儲部502和輸入輸出控制部503進行信號 的交接，并執行信息處理。具體的控制方法將在以后說明。
并且，控制部105也可以包括通信部520，該通信部520與移動 電話等周邊設備無線連接，接收影像和聲音信號。控制部105也可以 包括用于存儲應該向用戶提供圖像的存儲器，也可以通過無線從外部 設備取得應該向用戶提供的圖像。這樣，HMD和周邊設備的連接成為 無線連接，從而能夠提高HMD的穿戴便利性。
耳機部106包括揚聲器，輸出聲音。并且，耳機部也可以包括向 HMD各個部提供電源的電池。
并且，圖1A中的各個單元以及各個部可以內藏在一臺HMD中， 也可以不內藏。例如，圖1A中的各個部可以被包括在一臺HMD中， 也可以不包括耳機部106。并且，也可以對各個部進行分散配置。例 如，控制部105可以被包括在掃描部103和波陣面形狀變更部102 的一部分中。并且，圖1A中的各個部可以存在多個。例如，左眼用和 右眼用的掃描部103可以為兩個。紅色、綠色、藍色的各個波陣面形狀變更部102可以合計為三個。也可以是多個設備共通擁有圖1A的 各個部。例如，激光光源211、 212、 213可以在兩個HMD共有。
上述構成的光束掃描式顯示裝置為了使光束的光點大小在預先規 定的容許范圍內，而變更來自光源IOI的光束的波陣面形狀。具體而 言，利用由光檢測部214檢測的視野位置、預先保持的光點大小的容 許范圍(圖IIB)、以及預先保持的視野位置和波陣面形狀和光點大小 之間的關系(圖12)，來決定下次輸出的光束的波陣面形狀。
以下，對上述構成的光束掃描式顯示裝置的工作進行詳細說明。 圖1A以及圖1B的光束掃描式顯示裝置通過變更光束的波陣面形 狀，來控制光束的光點大小的工作由圖10示出。在本說明中，以構成 顯示的影像的一個像素被正確地描繪在用戶的視網膜上的流程為例進 行說明。
(501) 光檢測部214檢測從用戶的眼睛反射出的光的強度，并 移動到S02的工作。在光束從眼睛的正面入射的情況下，能夠檢測到 強度比較大的反射光。
并且，來自眼睛的反射光的強度可以用在光源調制出的射出光的 強度和在光檢測部214檢測出的反射光的強度的比來表示。并且，可 以以一定的強度對紅外線等眼睛感覺不到的光進行掃描，并輸出其反 射光。
(502) 控制部105利用在S01檢測出的反射光強度，判斷上次 輸出的光束所顯示的像素在視野區域上的位置(以后記作"視野位 置")。具體而言，視線檢測部531根據在SOl檢測出的反射光強度來 檢測用戶的視線方向。接著，視野位置判斷部532利用檢測出的視線 方向，判斷用戶的視野區域中的光束的位置。并且，同時判斷下次輸 出光束的視野位置，并移向S03的工作。
視野區域的中心位置意味著視線的位置，以后記作"視野中心"。 并且，"中心視野"意味著視野中心附近的視野區域，與此相對應的是 意味著視野的周邊區域的"周邊視野"。若檢測出來自眼睛的正面的強的反射光，則能夠判斷上次輸出的 光束表示視野中心位置的像素。并且，視野中心以外的位置也可以利
用在掃描部103的掃描角以及與掃描圖案的視野中心的差分來判斷。 視野位置可以從反射光的強度以及強度變化中求出，也可以利用從檢 測出視野中心時的經過時間來求出。
下次輸出光束的視為位置可以與上次輸出光束的視野位置同樣或 近似，可以利用出自掃描部103的掃描角以及掃描圖案等數據來算出 位置，也可以利用從檢測出視野中心時的經過時間來求出。
光束的視野位置以水平角度和垂直角度這兩個值來表現。將各自 的視野中心視為0度，水平角度的表示方法可以以視野的左側為負的 角度、右側為正的角度來表示，垂直角度的表示方法可以以視野的下 側為負的角度、上側為正的角度來表示。例如，以水平角度0度、垂 直角度0度來表示視野中心，而對于右上的周邊視野的點，則可以以 水平角度為+40度、垂直角度為+30度等來表示。
并且，在SOl沒有檢測出反射光的情況下，可以將視野位置作為 規定的值來設定。例如，最初由于還沒有輸出光束而沒有檢測到反射 光的情況下，可以將視野位置作為視野中心等來設定以作為初始值。
而且，在不具備光檢測部214的HMD的情況下，則可以假定視 線朝向頭部的正面來判斷視野位置。
(S03)控制部105判斷與在S02判斷出的下次輸出光束的視野 位置相對應的光束光點大小的容許范圍，并移向S04的工作。
如圖11A所示，眼睛的視力分辨能力越接近視野中心越高，越遠 離視野中心越低。另外，目標分辨率所對應的光點大小是一定的，不 受視野位置的限定。這樣，在中心視野和周邊視野，視力分辨能力所 對應的光點大小和目標分辨率所對應的光點大小是相反的。
也就是說，在中心視野，光點大小的容許范圍可以從成為目標的 顯示分辨率來求。然而，在周邊視野，由于與中心視野相比視力的分 辨能力低，因此，即使光點大小比中心視野的大些，由于用戶的眼睛不能識別所以沒有關系(圖11A)。
因此，可以根據下次輸出的光束所表示的像素是中心視野還是周 邊視野(即，按照視野位置)，來變動光點大小的容許范圍。容許范圍 如圖IIB的粗線和斜線部分所示，決定了上限和下限。容許范圍的下 限為與中心視野的目標顯示分辨率相對應的大小。另外，容許范圍的 上限則成為，與視野區域中的位置所對應的視力分辨能力相對應的大 小(周邊視野的情況)、和與中心視野中的目標顯示分辨率相對應的大 小(中心視野的情況)中，大的一方。也就是說，如圖11B所示，光 束越接近用戶的視野中心，容許范圍的上限值就越小，越遠離視野中 心，容許范圍的上限值就越大。
另外，如圖11B的粗線的寬度(線的寬度)所示，對于范圍的上 限和下限，由于容許在規定的范圍出現偏差，所以可以擴大容許范圍。
圖11B的點B1，在大小過小的情況下則需要增大，而點B2和點 B3在大小過大的情況下則需要縮小。點B3和點B4雖然大小相同， 但因視野位置不同，因此需要變更點B4的大小。
由于視野位置隨著視線移動(眼球轉動)而發生變化，即使掃描 部103的掃描角相同，光點大小的容許范圍也會發生變化。在圖11A 中掃描范圍的中心和視野中心是一致的，在圖IIC中由于掃描范圍的 中心略接近于周邊視野，因此光點大小的容許范圍也發生變化。
圖11A 圖11C的各個圖中的橫軸的視野范圍適用于顯示的水平 方向和垂直方向的這兩個方向。與視野的中央區域相比，左右方向上 的周邊區域的容許范圍大，在上下方向上的周邊區域的容許范圍也大。
另外，周邊視野比中心視野的光束光點大小的容許范圍大，則波 陣面形狀變更部102的工作速度可以變慢。這樣，就可以緩解光點大 小變更速度趕不上掃描速度的問題。
例如，在掃描部103的垂直方向上的掃描速度比伴隨垂直方向上 的掃描的光點大小控制快的情況下，則會出現大小不均一的問題。即 使在這樣的情況下，由于周邊視野的光點大小的容許范圍大，因此，即使光點大小的變更速度始終保持慢速(或不變更的情況下)，也能夠 容納在容許范圍內。
但是，由于在視線上下移動時容許范圍發生變化，因此需要以能 夠追隨視線移動的速度來變更大小。盡管如此，垂直方向上的掃描比 視線移動快的情況下本發明也有效。
(S04)控制部105預測光束光點大小，并移向S05的工作。光 點大小的預測是通過將在S02求出的視野位置和來自波陣面形狀變更 部102的波陣面形狀，與圖12所示的"光點大小一波陣面形狀一視野 位置對應表"相對照而算出的。
例如，若利用圖12的第一行，視野中心(水平角度O度，垂直 角度0度)的波陣面形狀為水平焦距為36mm，垂直焦距為 29mm，水平直徑為2.4mm，垂直直徑為1.6mm。并且，可以預測 到該視野位置中的視網膜上的光束光點大小為水平大小為 0.035mm，垂直大小為0.027mm。
并且，在圖12所示的對應表中，舉例示出了記錄了具體數值的行 只有三行，不過，在實際上可以根據需要的行數進行記錄。
并且，在圖12所示的對應表中，在沒有數值完全一致的行的情況 下，可以利用數值接近的行來預測光點大小。另外，在一致的行存在 多個的情況下，也可以利用其中的任意一行來預測光點大小。
并且，也可以不利用圖12所示的對應表，可以預先準備求出光點 大小的公式，并將波陣面形狀以及視野位置等值代入到該公式中，以 預測光點大小。
而且，在圖12的對應表中，由于視線移動(眼球轉動)，眼球和 偏轉部104以及掃描部103等的位置關系就會發生變化，因此需要變 更值。該變更工作的時機可以是在參照對應表之前的S04進行，也可 以在檢測出視線位置的S01或S02進行。變更方法可以是預先準備與 視線的移動量相對應的多個對應表，并按照視線移動來選擇適當的對 應表，也可以是利用將視線移動量代入和對應表所求出的公式來算出。另夕卜，S03的工作和S04的工作順序可以互相替換，也可以同時。
(505) 控制部105對在S04求出的光點大小預測值和在S03求 出的容許范圍進行比較。若光點大小預測值在容許范圍外的情況下， 移向S06的工作，若在容許范圍內的情況下，移向S07的工作。
另外，光點大小的水平大小和垂直大小中的一方在范圍內，另一 方在范圍外的情況下等，在一部分在范圍外的情況下，則視為在范圍 外，移向S06的工作。
(506) 控制部105從圖12中判斷適當的波陣面形狀，以使光束 光點大小容納在S03所求出的容許范圍內，之后移向S07的工作。波 陣面形狀是通過將在S03求出的容許范圍內的光點大小和在S02求出 的視野范圍與圖12所示的對應表相對照而求出的。
例如，視野位置的水平角度為—30度，垂直角度為0度，則在S03 求出的光點大小的容許范圍的下限值為水平大小為0.035mm，垂直 大小為0.027mm。并且，可以假定在S04求出的上述視野位置中的 光點大小預測值的水平大小為0.018mm，垂直大小為0.019mm。在 這種情況下，由于光點大小預測值比容許范圍的下限值小，因此，需 要將光點大小調整到下限值以上。
因此，利用圖12的第3行，通過變更為水平焦距為27mm，垂 直焦距為22mm，水平直徑為2.4mm，垂直直徑為1.6mm的波陣面 形狀，從而可以明確能夠使光點大小增大到容許范圍的下限值。
并且，在圖12的對應表中沒有數值完全一致的行的情況下，可以 利用數值接近的行來求出波陣面形狀。并且，在一致的行存在多個的 情況下，可以利用任一個來求波陣面形狀。并且，也可以不利用圖12 所示的對應表，可以預先準備求出波陣面形狀的公式，并將光點大小 以及視野位置等值代入到該公式中，以算出波陣面形狀。
(507) 波陣面形狀變更部102將光束的波陣面形狀變更為在S06 求出的波陣面形狀，并移向S08。例如，在想要變更波陣面形狀的水 平焦距的情況下，通過焦距水平分量變更部201的柱面透鏡203和反射鏡204之間的距離，來變更水平焦距。同樣，在想要變更垂直焦距 的情況下，可以通過變更焦距垂直分量變更部202來變更。
在S05被判斷為在范圍內且移向S07的工作的情況下，進行與上 次光束的波陣面形狀的變更相同的變更。并且，也可以不進行相同的 變更，只要是能夠使光點大小在容許范圍內，采用不同的變更也可以。
(508) 光源101控制光束的輸出，并移向S09的工作。通過分 別適當地調制從紅色激光光源211、藍色激光光源212、綠色激光光 源213輸出的光束的強度，來表現在S02求出的下次輸出光束的視野 位置所對應的像素的色調、色度以及亮度。并且，輸出控制也可以進 行考慮了掃描部103以及偏轉部104等從光源到眼睛之間的光學系統 影響的校正控制。
(509) 掃描部103通過使MEMS微鏡的傾斜發生變化，從而變 更在S08輸出的光束的掃描角，并移向S10的工作。
并且，在S07的波陣面形狀變更、在S08的光束輸出、以及在S09 的掃描可以同時執行，也可以替換執行順序。
(510) 偏轉部104使在S09掃描的光束向用戶的眼睛方向偏轉， 并移向SOl的工作。由偏轉部104的全息反射鏡的衍射效果而反射的 光束匯集到用戶的眼睛的瞳孔，通過瞳孔的光束到達視網膜，并使用 戶感知到影像。
并且，通過S07、 S08、 S09、 S10的一連串的工作，像素被描繪 到視網膜，執行SOl的視線檢測的頻度可以不必是按每一像素進行描 繪。
因此，S10的工作后可以移向S02。
通過以上的工作使光束的波陣面形狀發生變化，從而能夠將構成 顯示的影像的一個像素，以正確的大小描繪到用戶的眼睛的視網膜上。
根據本發明的光束掃描式顯示裝置，波陣面形狀變更部102變更 波陣面形狀，以使由偏轉部104偏轉的光束的光點大小在規定的范圍 內，據此，能夠減少畫面內的各個像素大小的不均一，從而能夠實現高畫質的顯示以及更高分辨率的顯示。并且，由于能夠減少因像素而 造成的波陣面形狀的變化，因此，能夠實現大畫面顯示，并且能夠實
現將光源101配置在側頭部的眼鏡式的HMD。
并且，從SOl到S10的工作也可以是伴隨有概率的處理工作。例 如，可以以20X為大小A、 80%為大小B等來求光點大小的預測值， 也可以判斷為在概率為45%時在容許范圍內。 (實施例2)
以下，對本發明的實施例2所涉及的光束掃描式顯示裝置進行說 明。并且，由于裝置的構成與實施例l相同，因此利用圖1A 圖9A 進行說明，對于相同的部分省略說明。
光源101輸出光束。被輸出的光束如圖2所示，是由紅色激光光 源211、藍色激光光源212、以及綠色激光光源213輸出的各個激光 合成的激光，并且，可以通過適當地對各個顏色的激光光源的輸出進 行調制，從而能夠輸出任意的顏色的激光。并且，可以通過與后述的 波陣面形狀變更部102以及掃描部103連動調制，從而能夠將圖像顯 示在用戶的眼睛的視網膜上。
并且，在圖2中，綠色激光光源213是使紅外線的半導體激光光 源和將紅外線變換為綠色的SHG(Second-Harmonic Generation:二 次諧波產生)元件組合而輸出綠色的光束的，不過，也可以使用綠色的 半導體激光光源。并且，各個光源可以是固體激光、液體激光、氣體 激光、以及發光二極管。
并且，在圖2中是對各個激光光源的激光進行調制的，不過也可 以通過將調制從激光光源輸出的光的單元與激光光源組合，從而調制 激光。
光源101可以包含圖2中的光檢測部214。實施例2中的光檢測 部214通過檢測來自用戶眼睛視網膜的反射光的強度，從而能夠檢測 用戶的視網膜上的光束光點的直徑。
并且，光檢測部214也可以是CCD攝像機等攝像元件。在這種情況下，可以通過來自視網膜的反射光而生成視網膜像，并根據映射 的光束光點的大小來檢測光束光點的直徑。
波陣面形狀變更部102使來自光源101的光束的波陣面形狀發生 變化，從而使后述的在偏轉部104被偏轉了的光束的光點大小在規定 的范圍內。
并且，在實施例2中的光束的"光點大小"是指，用戶的眼睛的視 網膜上的光點大小。并且，"波陣面形狀"是指光束波陣面的三維形狀， 包括平面、球面、以及非球面的形狀。
在圖2中，在波陣面形狀變更部102，通過在光路上串聯設置焦 距水平分量變更部201和焦距垂直分量變更部202，從而能夠獨立地 變更波陣面形狀的水平方向的曲率半徑和垂直方向的曲率半徑。焦距 水平分量變更部201通過變更柱面透鏡和反射鏡之間的距離，來變更 水平方向的曲率。焦距垂直分量變更部202通過釆用對焦距水平分量 變更部201的柱面透鏡垂直配置的柱面透鏡，來變更垂直方向的曲率。 并且，焦距水平分量變更部201和焦距垂直分量變更部202都隨曲率 半徑的變更，而光束的直徑發生變化。
并且，若將水平方向的曲率的變化大于垂直方向的變化，則可以 通過水平方向的變化來使對應的范圍擴大，從而，在需要使畫面的水 平視角大于垂直視角的情況、以及如在側頭部具有掃描部(待后述) 的HMD那樣，從掃描部到偏轉部(待后述)的光束的水平入射角比 垂直入射角大的情況下尤其見效。
并且，在圖2中，在表示波陣面形狀的項目中，變更的是諸如水 平方向的曲率半徑和垂直方向的曲率半徑以及各自的光束的直徑的波 陣面形狀的一部分，不過也可以變更其他的項目，例如可以變更波陣 面內的曲率的分布以及波陣面端部的形狀以及大小等。
而且，在圖2的波陣面形狀變更部102，雖然是利用柱面透鏡和 反射鏡來變更波陣面形狀的，不過，也可以利用其他的方法，例如利 用液晶透鏡、液體透鏡等可變形狀的透鏡、以及衍射元件、EO元件(電一光轉換元件)等。
掃描部103使分別從波陣面形狀變更部102輸出的光束二維掃 描。掃描部103是能夠使角度在二維上發生變更的單板小型鏡，是 MEMS微鏡。
并且，掃描部103也可以由水平掃描用和垂直掃描用的兩種以上 的掃描部來構成。
偏轉部104使掃描部103掃描的光束的方向偏轉于朝向用戶的眼 睛的方向。偏轉部104可以是在眼鏡的鏡片的內側(眼睛一側)形成 例如形成李普曼全息圖的光聚合物層，并使來自掃描部103的光束在 用戶的眼睛的瞳孔處衍射并聚光。在光聚合物層可以形成多層分別反 射來自紅色、綠色、藍色光源的光的三個全息圖，也可以層疊與各個 顏色的光相對應的三層全息圖。并且，通過使光聚合物層成為，利用 全息圖的波長選擇性，僅使光源波長的光衍射，不使幾乎來自外界的 所有的光，也就是說光源波長以外的波長的光衍射，從而可以作為透 過型的顯示器。
并且，偏轉部104不限定于通過全息圖等衍射元件來進行偏轉， 也可以通過凹面鏡等反射鏡以及凸面鏡等透鏡來進行偏轉。并且，偏 轉部104的偏轉方式也可以是，像反射型屏幕以及透過型屏幕那樣， 光束打在屏幕上并發散，這樣，來自屏幕的發散光的一部分被偏轉于 用戶的眼睛的方向。
控制部105具備控制HMD各個部的集成電路。控制部105如圖 9A所示，也可以包括中央處理部501、存儲部502、輸入輸出控制部 503、以及通信部520。
如圖13所示，實施例2中的中央處理部501可以作為光點大小 判斷部1501以及光束曲率控制部1502來工作。并且，實施例2中的 存儲部502例如可以存儲圖15所示的、保持視網膜上的光點大小、 光束的曲率半徑和眼睛的焦距之間的關系的表等。除此之外與實施例 l相同。并且，控制部105就可以控制左右眼睛所對應的激光光源101、 波陣面形狀變更部102、掃描部103、耳機部106的工作。
耳機部106包括揚聲器，輸出聲音。并且，耳機部106也可以包 括向HMD各個部提供電源的電池。
并且，圖1A中的各個單元以及各個部可以內藏在一臺HMD中， 也可以不內藏。例如，圖1A中的各個部可以被包括在一臺HMD中， 也可以不包括耳機部106。并且，也可以對各個部進行分散配置。例 如，控制部105可以被包括在掃描部103和波陣面形狀變更部102 的一部分中。也可以是多個設備共通擁有圖1A的各個部。例如，激光 光源101可以由兩個HMD共有。
以下將舉例示出通過變更圖1A以及圖1B的光束掃描式顯示裝置 中的光束的曲率半徑，而使眼睛的肌肉放松的處理。該處理通過圖14 所示的步驟1601 1606來執行。
(步驟1601獲得視網膜上的光束的光點大小)
在本步驟中，光點大小判斷部1501判斷用戶的視網膜上的光束 的光點大小。在本實施例中，光檢測部214檢測來自用戶的視網膜的 反射光，并生成包含被投影在視網膜上的光束光點的用戶的視網膜像。 光點大小判斷部1501根據光檢測部214獲得的視網膜像，判斷視網 膜上的光束的光點大小S。
并且，在晶狀體的厚度發生了變化的情況下，直到視網膜上的光 束的光點大小成為穩定狀態需要花費一定的時間，在考慮到這一點時， 光點大小判斷部1501可以將一定期間TO的光束的光點大小的平均值 或中值判斷為視網膜上的光束的光點大小S。或者，光點大小判斷部 1501可以僅根據從光束的光點大小的判斷幵始經過了一定期間T0之 后的光檢測部214的輸出，來判斷光束的光點大小S。
并且，也可以是，在被判斷的光束光點大小S比光點大小判斷部 1501所保持的閾值Sl大的情況下，光點大小判斷部1501在經過了 一定時間T1之后再次計測光束光點大小S。在此， 一定時間T1是從眼睛的晶狀體的厚度變更所需要的時間而生成的值。
并且，也可以是，光檢測部214不是生成視網膜像，而是僅檢測 來自視網膜的光的反射強度，光點大小判斷部1501根據上述的檢測 結果來判斷視網膜上的光束的光點大小S。
并且，在因視網膜上的位置的不同而光束的光點大小不同的情況 下，光點大小判斷部1501也可以將中央窩和黃斑等視網膜上的特定 的部位上的光束的光點大小判斷為光束的光點大小S的值。并且，也 可以將視網膜上的各個位置上的光束的光點大小的平均值作為光束的 光點大小S。
(步驟1602判斷光束的光點大小)
在此步驟中，光束曲率控制部1502對上一個步驟中判斷的光束 的光點大小S和光束曲率控制部1502所規定的閾值SO進行比較。
在此，在光束的光點大小在SO以下的情況下，閾值SO被設定為， 用戶對于HMD所顯示的圖像感覺不到模糊的值。
在光束光點大小S的值比閾值SO大的情況下，光束曲率控制部 1502判斷用戶的眼睛由于近視等影響，不能將現在的入射光調節成聚 焦在視網膜上。因此，為了使光束的曲率半徑增大而進入步驟1604 的處理。
另外，在光束的光點大小S的值比閾值SO小的情況下，由于用戶 能夠清楚地識別圖像，因此判斷為可以促進睫狀體放松。于是，光束 曲率控制部1502為了促進用戶的眼睛的睫狀體放松而進行步驟1603 的處理。
并且，閾值S0的值可以從以被顯示的圖像的分辨率來除視網膜上 入射光所投影的全部面積而得到值來動態地算出，也可以由用戶直接
指定o
(步驟1603判斷光束曲率半徑)
在此步驟中，光束曲率控制部1502對現在針對用戶的眼睛的光 束的曲率半徑R和作為目標的目標曲率半徑RO進行比較。在此，光束的曲率半徑R指的是波陣面形狀變更部102變更了波陣面形狀之后 的光束的曲率半徑。
一般而言，來自遠處的物體的光的曲率半徑大，而來自無限遠的 物體的光為平行光(曲率半徑無限大)。相反，來自近處的物體的光的 曲率半徑小，作為球面波被入射到用戶的眼睛。此例子在圖16和圖 17中示出。
對于為了使曲率半徑為Rl的光束聚光在視網膜上而調節了水晶 體的厚度的用戶的眼睛，曲率半徑比R1大的光束入射的情況下的光束 的聚光位置由圖16示出。如圖16所示，曲率半徑大的光被聚光在比 用戶的視網膜更靠近瞳孔一側。此時，用戶的眼睛為了使光束的聚光 位置在視網膜上，而使睫狀體放松，使晶狀體變薄。
對于為了使曲率半徑為Rl的光束聚光在視網膜上而調節了水晶 體的厚度的用戶的眼睛，曲率半徑比Rl小的光束入射的情況下的光束 的聚光位置由圖17示出。如圖17所示，曲率半徑小的光被聚光在比 用戶的視網膜更遠的位置。此時，用戶的眼睛為了使光束的聚光位置 在視網膜上，而使睫狀體緊張，使晶狀體變厚。
本發明的HMD利用眼睛的這種作用，在用戶能夠清楚地識別圖 像的范圍內變更入射光的曲率半徑，以使睫狀體松馳。
在此，現在的光束的曲率半徑R的值與目標曲率半徑RO—致的 情況下，光束曲率控制部1502判斷用戶的眼睛的睫狀體處于充分松 馳狀態，從而進行步驟1606的處理。
另外，在現在的光束的曲率半徑R的值和目標曲率半徑R0不一 致的情況下，光束曲率控制部1502進行步驟1605的處理。
并且，為了保證向用戶顯示的影像的質量，在波陣面形狀變更部 102按照視網膜上的光束的投影位置變更光束的曲率半徑的情況下， 光束曲率控制部1502也可以將入射到中央窩的入射光的曲率半徑作 為現在的入射光的曲率半徑R。并且，也可以將波陣面形狀變更部102 所變更的光束的曲率半徑的平均值和中值作為現在的入射光的曲率半徑R。
(步驟1604近視對策)
在此步驟中，光束曲率控制部1502對上述的目標曲率半徑RO的 〈直進行校正。
在步驟1602判斷現在的光束的光點大小S大于閾值SO的情況 下，光束曲率控制部1502判斷用戶的眼睛由于近視等影響不能在視 網膜上對來自遠處的光進行聚光。此時，光束曲率控制部1502從目 標曲率半徑RO的值中減去曲率半徑校正幅度Rl (降低目標值)。在本 實施例中，曲率半徑校正幅度R1被重新保持在光束曲率控制部1502 的存儲部中。
并且，曲率半徑校正幅度Rl的值可以根據現在的入射光的曲率半 徑R的值來動態地算出。此時，例如進行將現在的曲率半徑R的一成 的值作為Rl的值來設定等的處理。
艮P，通過重復上述的處理，在光點大小判斷部1501所判斷的光 點大小不超過預先規定的閩值SO的范圍內，自標曲率半徑RO被設定 為最大的值。
并且，在步驟1604對用戶為近視的情況進行了說明，不過，用 戶即使是遠視或花眼的情況也可以適用。此時，在判斷為現在的光束 光點大小S超過閾值S0的情況下，光束曲率控制部1502將曲率半徑 校正幅度R1加在目標曲率半徑R0的值上(增高目標值)。 (步驟1605變更光束曲率半徑)
在此步驟中，光束曲率控制部1502變更現在的光束的曲率半徑R。
光束曲率控制部1502通過將曲率半徑變更幅度R2的值加在現在 的光束的曲率半徑R上，或通過從光束的曲率半徑R中減去曲率半徑 變更幅度R2的值，從而逐步地使曲率半徑R接近目標曲率半徑RO。 在此，若現在的光束的曲率半徑R突然地變更為目標曲率半徑RO，則 會出現曲率半徑的變化量過大的情況。這樣，用戶的眼睛趕不上上述的這個變化，則會出現不能清楚地識別圖像的情況。
因此，曲率半徑變更幅度R2為，在光束的曲率半徑從R被變更 為R+R2或R-R2的值時，在不使光束的視網膜上的光點大小S變得 過大的狀態下而規定的值，在本實施例中，被保持在光束曲率控制部 1502內。
圖15舉例示出了光束的光點大小、光束的曲率半徑以及眼睛的焦 距之間的關系。通過實現求出這些值，從而光束曲率控制部1502能 夠決定恰當地曲率半徑變更幅度R2。
光束曲率控制部1502在現在的光束的曲率半徑R的值低于R0 的情況下，將曲率半徑變更幅度R2加在R的值上。據此，如圖16所 示那樣，光束的聚光位置從視網膜上移動向晶狀體一側。此時，人的 眼睛為了使光束的聚光位置移動到視網膜上，而無意識地使睫狀體松 馳，使晶狀體的厚度變薄。
另外，在現在的光束的曲率半徑R的值超過目標曲率半徑R0的 情況下，從R的值中減去曲率半徑變更幅度R2。據此，如圖17所示 那樣，光束的聚光位置移動向視網膜的深處。此時，人的眼睛為了使 光束的聚光位置移動到視網膜上，而無意識地使睫狀體緊張，使晶狀 體的厚度變厚。
并且，此處理例如容易發生在，在步驟1604中的從目標曲率半 徑R0的值中減去曲率半徑校正幅度R1的情況等。也就是說，上述的 處理是，在使光束的曲率半徑變的過大的情況下，在圖像不能很好地 映射在視網膜的情況時進行校正。
光束曲率控制部1502在變更了光束的曲率半徑R之后，對波陣 面形狀變更部102進行控制，以使入射到用戶的眼睛的光束的曲率半 徑與變更后的R—致。
并且，曲率半徑變更幅度R2也可以根據現在的光束的曲率半徑R 的值動態地算出。在這種情況下，例如進行將R0的一成的值作為R2 的值來設定等處理。并且，也可以通過將曲率半徑R和光束的光點大小s的關系作為函數來定義，來動態地算出能夠使光點大小s的值被
限定在一定的范圍內的R2的值。
并且，也可以是，為了保證顯示給用戶的影像的質量，在波陣面 形狀變更部102按照視網膜上的光束的投影位置，變更入射光的光束 曲率半徑的情況下，通過對按照向視網膜投影的位置而設定的光束的 曲率半徑增加或減去曲率半徑變更幅度R2的值，來變更曲率半徑。并
且，也可以是，預先將按照視網膜上的光束的各個投影位置而各不相 同的曲率半徑變更幅度的值保持在光束曲率控制部1502，并對各個入 射光的曲率半徑加上或減去該值。
并且，也可以將光束的曲率半徑設定為在縱方向和橫方向不同的 值。在這種情況下，由光束曲率控制部1502來保持縱方向的曲率半 徑變更幅度以及橫方向的曲率半徑變更幅度的值，并利用該值來變更 現在的光束的縱方向以及橫方向的曲率半徑。
光束曲率控制部1502在變更了光束的曲率半徑R之后，再次返 回到步驟1601，并重復步驟1601 1605的處理。據此，目標曲率 半徑R0被調整為在光點大小S不超過閾值S0的范圍的狀態下的最大 的值。并且，由于現在的光束的曲率半徑R也逐漸地接近了目標曲率 半徑R0，因此可以在用戶能夠清楚地識別圖像的范圍內使用戶的眼睛 的睫狀體松馳。
(步驟1606結束)
在入射光的光束的曲率半徑與目標曲率半徑RO —致的情況下，用 戶的晶狀體被充分拉薄，睫狀體松馳。為此，即使在長時間視聽HMD 所顯示的圖像的情況下，也能夠使睫狀體的負擔減少，并能夠降低VDT 工作時的眼睛的疲勞。
并且，對于目標曲率半徑RO的值而言，可以通過HMD的用戶接 口由用戶直接輸入。并且，也可以使用通過HMD的用戶接口來使用 戶增減的方法。
并且，在本實施例中采用的是向左右眼顯示圖像的HMD，不過也可以是僅向左右眼中的某一方顯示影像的單眼HMD。
并且，在HMD具備頭戴跟蹤裝置(head tracker)等檢測用戶 的身體運動的單元的情況下，在這些單元的輸出變化幅度超過了一定 值，并判斷用戶的身體在運動的情況下，本發明的HMD可以停止光 束的曲率半徑的變更。這是因為在用戶運動之時，判斷出顯示的不是 HMD顯示的影像，而是朝向外界的視線，因此，在此時可以不進行不 不要的處理，從而可以降低處理成本以及耗電量。
并且，在本實施例中舉例示出了用于使光束的曲率半徑變大的處 理，不過也可以將目標曲率半徑RO的值設定為較小，從而使光束的曲 率半徑變小。此時，通過交替設置將目標曲率半徑RO的值設定為較大 的期間和將目標曲率半徑RO設定為較小的期間，從而能夠交替設置眼 睛的晶狀體變薄的期間和眼睛的晶狀體變厚的期間。在進行這樣的處 理時，由于眼睛的睫狀體不停地重復緊張與松馳，因此可以得到適當 的運動效果。這樣，由于進一步減輕了眼睛的睫狀體的疲勞，因此可 以提高預防眼睛疲勞的效果。
并且，在設定目標曲率半徑RO時，可以在事先規定的曲率半徑的 上限值RU和下限值RD的范圍內來決定RO的值。通過對近視眼的用 戶將RU值設定為小，對老花眼和遠視眼的用戶將RD的值設定為大， 從而可以降低曲率半徑從現在的值直到接近于目標曲率半徑RO為止 的處理成本。
(實施例3)
圖18示出了本發明的實施例3所涉及的圖像顯示裝置10的概略 構成。
本實施例3的圖像顯示裝置10包括光源11、掃描部13、以及 偏轉部16，所述掃描部13掃描從光源11射出的激光12，所述偏轉 部16將來自該掃描部13的掃描光14朝觀察者的瞳孔15偏轉并導出。 并且，具有光檢測部18和光束形狀調節部20a，所述光檢測部18檢 測反射光17b的光點大小17c，該反射光17b是掃描光14的一部分由反射體17a反射的光，所述光束形狀調節部20a根據來自該光檢測 部18的輸出信號，使掃描光14的光束形狀14c發生變化，并將視網 膜19a上的光點大小19b控制在規定值以下。這樣，本實施例3的圖 像顯示裝置10通過掃描光14將影像投影到觀察者的眼睛19的視網 膜19a上。
在此，圖18所示的偏轉部16具有襯底16a和至少在此襯底16a 的一部分上形成的全息反射鏡16b。
以下，對本實施例3的圖像顯示裝置10的主要的光學工作進行具 體說明。在此，對于左右對稱的光學系統而言，以圖18所示為例，對 其中左側的光學系統進行說明。
如圖18所示，光源11至少是由紅色激光光源(以下稱為"R光源") IIR、綠色激光光源(以下稱為"G光源")11G、以及藍色激光光源(以 下稱為"B光源")11B構成的RGB光源。在此，R光源11R以及B 光源11B采用了射出波長為650nm以及波長為450nm的激光的半 導體激光。并且，G光源11G采用了射出波長為530nm的激光的半 導體激發的SHG激光。
從R光源IIR、 G光源11G以及B光源11B射出的激光由準直 鏡lla被分別變換為平行光線，在入射到二向色鏡llb之后，被合成 為一個激光12，并從二向色鏡llb射出。
并且，激光12入射到光路長度調整部21 (相當于實施例1、 2 中的"波陣面形狀變更部102")。光路長度調整部21通過沿箭頭的方 向移動伺服反射鏡20b的位置，來調整到偏轉部16為止的光路長度。 該處理由控制部20中所包含的光束形狀調節部20a來控制。
之后，激光12在反射鏡13a被反射并被導入到掃描部13。掃描 部13通過任意地變更反射角度，從而將來自反射鏡13a的光以規定 的光點大小二維地掃描到偏轉部16的全息反射鏡16b。并且，在此掃 描部13若采用MEMS微鏡，則可以高精確度地將掃描光14掃描到全 息反射鏡16b。并且，掃描光14由全息反射鏡16b偏轉，并從觀察者的眼睛19 的瞳孔15入射，作為影像被投影到視網膜19a。
關于被投影到此視網膜19a上的掃描光14的光點大小19b的大 小最好是，在焦點在視網膜19a上時為20um以下。這是因為，例 如在水平方向的視角為IOO度的情況下，要想在水平方向上顯示IOOO 點所需要的大小，在視網膜上結焦時如果光點大小超過20um，則相 鄰的點與點就會重合，從而得不到規定的分辨率。
并且，若掃描光14 (14a、 14b)的光束形狀以與規定的形狀發 生了偏離的狀態，由全息反射鏡16b偏轉到觀察者的眼睛19，則如圖 18所示，掃描光14 (14a、 14b)的焦點位置19c偏離的離焦量為 △ Z。該AZ被反映為被配置在圖18所示的光源11附近的光檢測部 18的受光元件18a的受光面上的光點大小17c、 17d的大小，并如后 述那樣可以被檢測出。
艮P,掃描光14 (14a、 14b)的一部分作為反射光17b由反射體 17a反射。該反射光17b以與激光12射出的光路相反的方向入射到 二向色鏡lib之后，并在光檢測部18的受光元件18a的受光面上投 影光點大小17c、 17d。
并且，該光檢測部18根據從反射光17b的光點大小17c、 17d 檢測出的信號，產生輸出信號。光束形狀調節部20a根據該輸出信號， 沿著箭頭的方向使光路長度調整部21的伺服反射鏡20b移動，從而 使掃描光14 (14a、 14b)的光束形狀發生變化。這樣，光束形狀調 節部20a將視網膜19a上的光點大小19b控制在規定值以下，例如控 制在20um以下。
這樣，通過反饋掃描光14的一部分，變更光束的波陣面形狀，從 而能夠時常向觀察者的眼睛19的視網膜19a投影最佳的影像。并且， 在光路長度調整部21，導光用的棱鏡21a以及兩個物鏡21b被配置 在兩個伺服反射鏡20b之間，控制激光12以及反射光17b的光路以 及光束形狀。由于具有這樣的構成，因此能夠高速且高精確度地進行光學調整。
這樣可以實現高速且高精確度地顯示運動圖像的圖像顯示裝置10。并 且，由于利用來自比視網膜19a的反射率大的反射體17a的反射光 17b，因此能夠高精確度且確實地進行光學調整。這樣，由于針對干擾 以及光束的一部分被遮擋等影響，光學特性等是比較穩定的，因此， 能夠使觀察者正確地識別鮮明的圖像。
并且，反射體17a也可以是圖23A所示那樣，在偏轉部16的襯 底16a上所形成的全息反射鏡16b (偏轉區域)內復用而被形成的產 生伺服光用全息反射鏡16f。并且，也可以是如圖23B所示的，在與 全息反射鏡16b不同的位置(圖23B中全息反射鏡16b的周圍)上 形成的產生伺服光用全息反射鏡。
由于具有這樣的構成，因此能夠簡單地構成更小更輕的圖像處理
的光學系統。這樣，能夠高速且高精確度地進行光學調整。并且，為 了使觀察者能夠正確地識別圖像的處理也可以簡單進行。
并且，通過將多個全息反射鏡復用，從而能夠使偏轉部變薄，這 樣能夠實現小型、輕量、且薄型的HMD。
在此，如圖18所示，用于產生伺服的全息反射鏡16f被形成為具 有透鏡光學能力的反射式全息反射鏡，該具有透鏡光學能力的反射式 全息反射鏡在視網膜19a上的光點大小19b為最佳值時輸出最強的反 射光17b。
由于具有這樣的構成，因此能夠進一步擴大后述的在進行光學調 整時的伺服范圍，或者能夠進一步減少偏移。
并且，在上述實施例中，以將反射體17a作為產生伺服光用全息 反射鏡設置于偏轉部16為例進行了說明，不過，并非受此所限，也可 以將觀察者的瞳孔15的虹彩17、眼睛19的視網膜19a作為反射體 17a，并在光檢測部18檢測其反射光。由于具有這樣的構成，因此可 以簡化偏轉部16的光學構成。
如圖18所示，反射光17b以與掃描光14相反的方向入射到二向色鏡llb之后，向光檢測部18射出。并且，反射光17b被物鏡18b 聚光，通過孔18c，并由用于檢測光的衍射光柵18d給予互補的透鏡 作用，分離為兩個衍射光18f、 18g。
光檢測部18具有用于接受這兩個衍射光18f、 18g的兩個受光元 件18a。這兩個受光元件18a被配置成在光學距離上距衍射光柵18d 的距離相等。因此，在掃描光14在觀察者的眼睛19的視網膜19a上 結有焦點時，衍射光18f、 18g的光點大小在兩個受光元件18a上相 同。另外，在掃描光14在觀察者的眼睛19的視網膜19a上沒有結焦 時，衍射光18f、 18g的光點大小在兩個受光元件18a上的大小不同。 因此，例如可以通過兩個受光元件18a的檢測結果的差分來檢測焦點 位置19c。
圖19A 圖21C示出了觀察者的眼睛19中的掃描光14的焦點 位置19c和光檢測部18中的反射光17b的檢測狀態之間的關系。圖 19A、圖20A、圖21A示出了眼睛19中的掃描光14的焦點位置19c， 圖19B、圖20B、圖21B示出了光檢測部18接受了衍射光18f、 18g 的狀態，圖19C、圖20C、圖21C示出了光檢測部18的受光元件18a 上的光點大小17c、 17d。
圖19A以及圖19B示出了，焦點位置19c在視網膜19a上的情 況，即示出了在眼睛19的視網膜19a上結有20u m以下的光點大小 19b的焦點。如圖19B所示，受光元件18a上的兩個衍射光18f、 18g 的大小相同。因此，由于兩個受光元件18a的檢測信號的差分幾乎為 0，從而能夠檢測出眼睛19的視網膜19a上的焦點位置19c。
圖20A以及圖20B示出了焦點位置19c在視網膜19a的前方時 的檢測狀態。如圖20B所示，左側的受光元件18a的光點大小17c 比圖19B所示的光點大小17c小，右側的受光元件18a上的光點大小 17c比圖19B所示的光點大小17d大。根據該左右的光點大小17c、 17d的大小的差，能夠檢測焦點位置19c。
圖21A以及圖21B所示的焦點位置19c與圖20A以及圖20B相反，在視網膜19a的另一側，也就是說示出了焦點位置19c在眼睛19 外側時的檢測狀態。此時，光檢測部18上的受光元件18a上的光點 大小17c、 17d的大小與圖20A以及圖20B的關系相反，不過，同樣 能夠檢測出焦點位置19c。
并且，如圖19C、圖20C、以及圖21C所示，這一對受光元件 22、 23可以被分別劃分為多個(在此實施例中被劃分為三個)。此受 光元件22的中央的受光部22a和兩端的受光部22b、 22c分別檢測 光量，并根據他們的差分來判斷光點大小17c的大小。同樣，在受光 元件23 (23a、 23b、 23c)判斷光點大小17d的大小，根據兩者的 差分，就能夠檢測出焦點位置19c。
由于具有這樣的構成，因此能夠高速且高精確度地進行光學調整， 從而能夠實現高速且高精確度地顯示運動圖像的圖像顯示裝置10。并 且，由于利用來自比視網膜19a的反射率大的反射體17a的反射光 17b，因此能夠高精確度且確實地進行光學調整。這樣，由于針對干擾 以及光束的一部分被遮擋等影響，光學特性等是比較穩定的，因此， 能夠使觀察者正確地識別鮮明的圖像。 (實施例4)
圖22示出了本發明的實施例4所涉及的圖像顯示裝置30的概略 構成。
本實施例4與實施例3的構成幾乎相同，除具有作為RGB光源的 光源ll以外，還具有從紅色到紅外線的波長的紅外線激光光源18h。
也就是說，圖22所示的圖像顯示裝置30除具備圖18所示的圖 像顯示裝置10的構成以外，還具備位于光檢測部18的中心的波長為 7SOnm以上、1500nm以下的紅外線激光光源18h。此紅外線激光 光源18h例如是CD等光盤所使用的中心波長為780nm的紅外線半 導體激光等。
從該紅外線激光光源18h射出的伺服用激光12a入射到二向色鏡 llb，并傳播與激光12相同的光路，在偏轉部16形成的產生伺服光用全息反射鏡16f反射。并且，該產生伺服光用全息反射鏡16f所產 生的反射光17b以實施例3中所說明的光路傳播(即，與激光12的 光路相反的方向行進)，并到達光檢測部18的受光元件18a。
光束形狀調節部20a根據受光元件18a的輸出信號，與實施例3 同樣，沿著箭頭的方向使光路長度調整部21的伺服反射鏡20b移動， 從而使掃描光14 (14a、 14b)的光束形狀發生變化。這樣，光束形 狀調節部20a將視網膜19a上的光點大小19b控制在規定值以下，例 如控制在20ixm以下。
因為具有這樣的構成，伺服用的紅外線激光光源18h和光檢測部 18能夠被配置得比較近，從而能夠進行穩定得光學調整。而且，由于 能夠進行高速且高精確度地光學調整，因此能夠實現高速且高精確度 地顯示運動圖像的圖像顯示裝置30。
并且，由于利用來自比視網膜19a的反射率大的反射體17a的反 射光17b，因此能夠高精確度且確實地進行光學調整。這樣，由于針 對干擾以及光束的一部分被遮擋等影響，光學特性等是比較穩定的， 因此，能夠使觀察者正確地識別鮮明的圖像。
不過，G光源IIG也可以使上述的紅外線激光光源18h和將紅外 線的一部分轉換為綠色的SHG元件相結合。具體而言，例如可以將作 為紅外光源的中心波長為1060nm的用于激發的紅外線半導體激光， 作為SHG元件來采用LiNb03。
并且，偏轉部16的產生伺服光用全息反射鏡16f也可以反射從紅 外線激光光源輸出的紅外光中的、沒有以SHG元件被轉換為綠色的紅 外光。
通過具有這樣的構成，由于不必另外使用用于伺服的光源，因此 可以使裝置小型化、輕量化以及省能源化。
并且，將這樣的紅外線激光用于伺服用的光源。為了提高檢測信 號的S/N比(信/噪比)，偏轉部16還可以具備屏蔽紅外光的屏蔽膜 16e，該屏蔽膜16e在與偏轉掃描光14的偏轉面16c相反的外側面16d上。
通過具有這樣的構成，由于可以防止紅外光從外側面16d入射到 偏轉面16c，因此能夠進一步改善由紅外光造成的S/N比，并能夠高 精確度地進行光的檢測。并且，由于還能夠屏蔽來自外部的紅外光入 射到眼睛19，因此能夠改善被投影到視網膜19a上的影像的S/N比。
并且，屏蔽膜16e的構成可以是至少能夠屏蔽中心波長為750nm 以上1500nm以下的光線。通過具有這樣的構成，由于能夠效果更好 地防止紅外光從外側面16d的外部入射到偏轉面16c，因此能夠進行 進一步改善了因紅外光造成的S/N比的高精確度的光檢測以及影像的 投影。
圖23A以及圖23B示出了本實施例3和4所涉及的全息反射鏡的 例子，并且示出了從圖18以及圖22所示的圖像顯示裝置10、 30的 箭頭31的方向看到的偏轉部16以及產生伺服光用全息反射鏡16f。
在圖23A中，在偏轉部16上形成的全息反射鏡16b (偏轉區域) 上形成了被復用的產生伺服光用全息反射鏡16f，以作為反射體17a。
據此，在圖23A所示的光束掃描方向32上掃描的掃描光14中 的被偏轉的掃描光14被導入到觀察者的眼睛19,在產生伺服光用全 息反射鏡16f被反射的反射光17b作為伺服光被導入光檢測部18。
并且，產生伺服光用全息反射鏡16f的構成，至少可以具有以下 一對反射式全息反射鏡，該一對反射式全息反射鏡是指在視網膜 19a上的光點大小19b成為最佳值時，透鏡光學能力比通常大的第一 反射式全息反射鏡16g,以及在視網膜19a上的光點大小19b成為最 佳值時，透鏡光學能力比通常小的第二反射式全息反射鏡16h。此時， 被配置在光檢測部18的前方的衍射光柵18d是不具有透鏡光學能力 的單純的等間隔衍射光柵。
通過具有這樣的構成，從而能夠進一步擴大在進行光學調整時的 伺服范圍，或進一步減少偏移。并且，上述說明中的"通常"可以解釋 為光點大小19不為最佳值時。另外，在圖23B中，反射體17a是至少在全息反射鏡16b的周 圍形成的產生伺服光用全息反射鏡16f。此時，圖23B所示的產生伺 服光用全息反射鏡16f與圖23A同樣，可以由第一反射式全息反射鏡 16g和第二反射式全息反射鏡16h這一對反射式全息反射鏡構成。
通過圖23B中的偏轉部16，掃描光14在沿光束掃描方向32a 被掃描的情況下，在光束偏轉區域33被偏轉的掃描光14將影像投影 在觀察者的眼睛19。另外，在掃描光14沿光束掃描方向32b被掃描 的情況下，在產生伺服光的區域34被反射的反射光17b在光檢測部 18被檢測。
通過具有這樣的構成，從而能夠進一步擴大在進行光學調整時的 伺服范圍，或進一步減少偏移。
在圖23B中，可以在偏轉部16全體掃描RGB光以及所有的紅外 光，也可以在光束偏轉區域33掃描RGB光，在產生伺服光的區域34 掃描紅外光。
并且，像這種產生伺服光用全息反射鏡16f能夠通過將從MEMS 微鏡射出的激光和與其相位共軛的光(光束形狀相同而行進方向相反 的光)同時照射到光聚合物等全息圖材料，并將其干涉條紋記錄到全 息圖材料而作成。 (實施例5)
參照圖24A、圖24B以及圖25,對本發明的實施例5所涉及的 光束掃描式圖像顯示裝置50進行說明。并且，圖24A示出了產生伺 服光用全息反射鏡51，圖24B示出了光檢測部52,圖25示出了圖 像顯示裝置50的概略構成。
如圖24A所示，全息圖案51a是以在正交的X方向和Y方向上 改變曲率半徑而被形成的。據此，被生成的反射光17b在X方向和Y 方向上接受不同的光學作用。
并且，如圖24B所示，光檢測部52能夠分別檢測正交的兩個方 向的光束的曲率半徑。即，在四個受光元件53中，在被配置在看上去的發光點55的左右的兩個受光元件53，檢測反射光17b的X方向的 分量，在被配置在看上去的發光點55的上下的兩個受光元件53，檢 測反射光17b的Y方向的分量。
并且，如圖25所示，圖像顯示裝置50的光路長度調整部21具 有焦距水平分量變更部和焦距垂直分量變更部，該焦距水平分量變更 部變更激光12的水平方向分量(X方向的分量)的波陣面形狀，該焦 距垂直分量變更部變更垂直方向分量(Y方向分量)的波陣面形狀。
通過上述的構成，根據反射光17b的X方向分量的檢測結果，焦 距水平分量變更部變更激光12的水平方向分量的波陣面形狀。之后， 根據反射光17b的Y方向分量的檢測結果，焦距垂直分量變更部變更 激光12的垂直方向分量的波陣面形狀。
這樣，通過分別控制激光12的波陣面形狀的水平方向分量和垂直 方向分量，從而能夠高精確度地進行光學調整。通過以上的構成，由 于能夠高速且高精確度地進行光學調整，因此能夠實現高速且高精確 度地顯示運動圖像的圖像顯示裝置50。并且，由于利用來自比視網膜 19a的反射率大的反射體17a的反射光17b，因此能夠高精確度且確 實地進行光學調整。這樣，由于針對干擾以及光束的一部分被遮擋等 影響，光學特性等是比較穩定的，因此，能夠使觀察者正確地識別鮮
明的圖像。
(實施例6)
圖26A 圖26C示出了本發明的實施例6中的眼鏡式圖像顯示裝 置81的構成。圖26A是平面圖，圖26B是側面圖，圖26C是從與 掃描部的掃描中心軸97垂直的方向X看到的X向視圖。
圖26A 圖26C所示的眼鏡式圖像顯示裝置81的基本構成與圖 28相同，包括 一對眼鏡片82、用于在用戶的左右眼的位置上保持 一對眼鏡片82的眼鏡框83、以及從眼鏡框83的外緣部向后方延伸 的一對眼鏡腿84。并且，也可以省略眼鏡框83，使眼鏡片82的外緣 部直接與眼鏡腿84連接。在與一對眼鏡片82的與眼睛88相對的一面上設置有將激光光束 86偏轉于眼睛的偏轉部93。在一對眼鏡腿84的內部搭載有，射出激 光光束86的光源91、 二維掃描激光光束86的掃描部92、以及控制 各個部的控制部94。
光源91包括半導體激光、固體激光、波長轉換元件、以及準直光 學系統等的任意一個，可以在光路的規定的位置上形成聚光光點。在 為了彩色顯示而采用多個波長的光束的情況下，由合波光學系統作為 一條光束射出。為了在視網膜上恰當地結焦，也可以具有焦點控制光 學系統。
控制部94與掃描部92的驅動同步，按照顯示圖像調調制光源91 的強度。調制控制可直接調制激光光源，也可以另外與AO元件(聲 光學元件)等調制元件同時使用。
掃描部92中采用小型MEMS微鏡。驅動方式可以采用電磁方式、 靜電方式、壓電方式、熱驅動方式，或者采用這些驅動方式的組合方 式等，各種方式的設備都可以適用。
激光光束86由掃描部92被投射向眼鏡片82，并由在眼鏡片82 的表面形成的作為全息反射鏡的偏轉部93反射，從而入射到使用者的 眼睛88，并在視網膜上形成圖像。全息反射鏡是形成李普曼全息圖 (Lippmann type hologram )的光聚合物(photopolymer)層， 僅反射具有波長選擇性的激光光束的波長。這樣，用戶就可以同時看 到外邊的景色和由激光光束描繪的圖像。
在進行彩色顯示的情況下，在光聚合物層可以形成多層分別反射 來自紅色、綠色、藍色光源的光的三個全息圖，也可以層疊與各個顏 色的光相對應的三層全息圖。
與圖39A 圖40B示出的構成不同之處在于，將折回反射鏡95 設置在與MEMS微鏡在垂直方向(在實施例6中為上方)上隔離的位 置上，并且，折回反射鏡96被設置在從MEMS微鏡一側來看時的靠 近眼鏡片82的方向。艮口，首先在被配置在MEMS微鏡上方的折回反射鏡95使激光光 束暫且偏轉于掃描中心軸97的方向，進而折疊式折回反射鏡96使光 束朝向MEMS微鏡方向折回。據此，與從光源91輸出的激光光束86 被直接入射到掃描部92的情況相比，可以使入射角變小。具體而言， 如圖26C所示，折回反射鏡96被配置成不干涉垂直方向的掃描范圍。
艮P，折回反射鏡95被配置成，其水平位置在掃描部92和偏轉部 93的左右端所圍起的區域內，其垂直位置在掃描部92和偏轉部93 的上下端所圍起的區域外。
在這個例子中，垂直掃描角y成為，垂直掃描區域Ha=20mm， 投射距離L-35mm，則y =八丁顏(113/2/1>16°，入射角a成為20 25°左右，從而能夠比圖40A和圖40B的構成更小。
在a-25'的情況下，MEMS微鏡大小Dm可以是激光束直徑Db 的1.1倍。并且，由于折回反射鏡95被設置在MEMS微鏡的上方， 因此，不必占用在MEMS微鏡的外側區域，從而不會使眼鏡腿84的 水平尺寸W增大。通過折回反射鏡96被配置在比MEMS微鏡更靠近 眼鏡片82 —側，從而在眼鏡腿的內側需要保持一定的水平尺寸W'， 盡管如此，也只是眼鏡腿84的內側的一部分突出，在外形上沒有大的 影響，也不會有損于美觀和穿戴上的感覺。
通過將折回反射鏡96配置在沿著包含掃描部92的掃描中心軸97 的垂直面上，從而水平方向的入射角為(T，進而能夠使MEMS微鏡大 小變小。通過具有這樣的構成，從而不會使MEMS微鏡大型化，并控 制了眼鏡腿84的水平尺寸，進而實現了高分辨率且穿戴舒適的眼鏡式 圖像顯示裝置81。
另外，在本實施例中，雖然折回反射鏡95、 96被配置在掃描部 92的上方，不過也可以配置在下方。 (實施例7)
圖27A 圖27C示出了本發明的實施例7中的眼鏡式圖像顯示裝 置81的構成。圖27A是平面圖，圖27B是側面圖，圖27C是從與掃描部92的掃描中心軸97垂直的方向X看到的X向視圖。
在圖27A 圖27C中，與圖26A 圖26C所示的構成相同，在 眼鏡腿84上搭載了 射出激光光束86的光源91、使激光光束86 二 維掃描的掃描部92、以及控制各個部的控制部94。激光光束86由掃 描部92被投射向眼鏡片82，并由在眼鏡片82的表面形成的作為全 息反射鏡的偏轉部93反射，從而入射到使用者的眼睛88，并在視網 膜上形成圖像。全息反射鏡是形成李普曼全息圖(Lippmann type hologram )的光聚合物(photopolymer)層，僅反射具有波長選 擇性的激光光束的波長。這樣，用戶就可以同時看到外邊的景色和由 激光光束描繪的圖像。
與實施例6的不同之處是，偏轉部93具有圖像反射區域87和在 該圖像反射區域87的上部的作為第二偏轉部的折回反射區域98。該 折回反射區域98的功能可以代替實施例6中的折回反射鏡96的功 能。
艮P，首先在被配置在MEMS微鏡上方的折回反射鏡95使激光光 束偏轉于掃描中心軸97的方向，進而在偏轉部93的圖像反射區域87 的上方所設置的折回反射區域98使光束朝向MEMS微鏡方向折回， 且入射角變小。
具體而言，如圖27C所示，通過將折回反射區域98為了與圖像 反射區域87相鄰而設置在上部，從而不會干涉到垂直方向的掃描范 圍，并且能夠使入射角a變小到接近于垂直掃描角y的1/2。
實施例6中的垂直掃描角y,垂直掃描區域Ha-20mm，投射距 離L-35mm，貝U y =ATAN(Ha/2/L)=16°，相對于入射角a為20° 25°左右時，若將折回反射區域98設置在高于掃描中心的高度 h=12mm的位置上，則入射角a成為19°左右，從而能夠比圖26A 圖26C的構成更小。
在。=19°的情況下，MEMS微鏡大小Dm可以是激光束直徑Db 的1.06倍。并且，由于折回反射鏡95被設置在MEMS微鏡的上方，因此， 不必占用在MEMS微鏡的外側區域，從而不會使眼鏡腿84的水平尺 寸W增大。并且，由于折回反射區域98被配置在作為第二偏轉部的 眼鏡片82上，因此不需要在比MEMS微鏡靠近眼鏡片82 —側另外設 置反射鏡，眼鏡腿84的內側也不會有突出的部分，從而具有良好的美 觀性和舒適的穿戴感。
并且，與實施例6同樣，通過將折回反射區域98配置在沿著包含 掃描部92的掃描中心軸97的垂直面上，從而水平方向的入射角為0°， 進而能夠使MEMS微鏡大小變小。
通過具有這樣的構成，從而不會使MEMS微鏡大型化，并控制了 眼鏡腿的水平尺寸，進而實現了高分辨率且穿戴舒適的眼鏡式圖像顯 示裝置81。
在本構成中還可以使折回反射區域98具有像差特性。這可以通過 在形成作為偏轉部93的全息反射鏡時，在設置形成圖像反射區域87 的第一制作光學系統的同時還設置形成折回反射區域98的第二制作 光學系統，并通過將像差分量附加到第二制作光學系統的基準光束中 來實現。
該像差分量也可以被設定為用來校正偏轉部93所具有的彗形像 差等。偏轉部93能夠使掃描部92的掃描中心所發出的光聚光向使用 者的眼睛88，由于光是以水平方向斜向入射的，因此具有因光束的水 平方向掃描位置而聚光能力連續發生變化的特性。
為此，在激光光束照射到某一處時，在激光的兩端具有微小的聚 光能力的不同時，會產生彗形像差，視網膜上的聚光光點變大，分辨 率降低。這種像差可以通過照射到事先具有像差特性的折回反射區域 98來進行校正，從而能夠以高分辨率來顯示。
另外，在本實施例中，雖然折回反射區域98被配置在圖像反射區 域87的上方，不過也可以配置在下方。并且，眼鏡片82可以是帶度 數的鏡片，也可以是不帶度數的鏡片。并且，在此說明的是使偏轉部93直接形成在眼鏡片82上的結構， 不過即使是形成在其他的襯底或安裝在眼鏡片82的內側也可以得到 同樣的效果。
并且，在上述的各個實施例中，不論是單獨的構成還是將這些單 獨的構成進行任意組合，都能夠得到有利的效果。例如，可以采用實 施例3中的全息反射鏡來作為實施例1 、 2中的偏轉部104等。
并且，上述的各個實施例中的控制處理可以通過使CPU解釋執行 規定的程序數據來實現，該規定的程序數據是指能夠執行被存儲在記 錄裝置(ROM、 RAM、硬盤等)的上述處理順序的程序數據。在這種 情況下，程序數據可以通過記錄介質被導入到記錄裝置內，也可以在 記錄介質上直接執行。并且，記錄介質可以是ROM、 RAM、閃存等半 導體存儲器、軟盤或硬盤等磁盤存儲器、CD—ROM或DVD、 BD等 光盤或SD卡等存儲卡等。并且，記錄介質在概念上也包括電話線路以
及傳輸路徑等通信介質。
并且，圖9A所示的掃描式顯示裝置的各個功能塊可以作為集成電 路的LSI來實現。也可以分別作為一個芯片，或者將其中的一部分或 全部作為一個芯片。例如可以將存儲器以外的功能塊作為一個芯片。 在此，雖然稱作LSI，但根據集成度的不同，也可以稱作IC (集成電 路)、系統LSI、超級LSI、極超級LSI。
并且，集成電路化的方法也不僅限于LSI，也可以通過專用電路或 通用處理器來實現。LSI制造后，也可以利用能夠程序化的現場可編程 門陣列(FPGA : Field Programmable Gate Array),或利用可再構 成LSI內部的電路單元的接續或設定的可重裝處理器。
以下，參照圖28 圖33對上述的各個實施例所涉及的光束掃描 式顯示裝置的各種用途進行說明。并且，在以下的說明中，雖然作為 實施例l的用途進行說明，不過也可以替換為實施例2 7，也可以將 實施例1 7相互組合。并且，上述的各個實施例所涉及的掃描式顯示 裝置的用途也不受以下的用途所限。(實施例8)
圖28是本發明的實施例8中車載式的HUD(Head-up Display:
平視顯示器)的構成圖。
光源101、波陣面形狀變更部102、掃描部103、偏轉部104、 控制部105、以及耳機部106的基本構成與工作與實施例1相同。
在本實施例中，向正在乘車的用戶顯示影像。與實施例l相同， 通過使偏轉部104具有光束反射特性和來自車外的可視光的透過特 性，從而既能夠看到車外的風景又能夠看到本發明所進行的顯示。據 此，在看車外的風景的同時，還能夠看到有關車速、注意事項或警告、 路程向導等駕駛操作和所在地的信息。
光源101、波陣面形狀變更部102、以及掃描部103可以如圖28 那樣被安裝在車的頂棚附近。據此，得到的效果是透過車窗看到的視 野不會被遮擋，并且通過配置在距離眼睛近的地方，從而可以得到縮 短光路提高顯示精確度的效果。并且，也可以將光源101配置在車身 下部等與波陣面形狀變更部102分開的地方，從光源到波陣面形狀變 更部102以光導纖維來傳輸光束。這樣，可以得到減少為了在頂棚部 設置光源101的區域的效果。
控制部105可以被設置在儀表板內。與本發明的顯示裝置不同的 其他的控制裝置，例如車速管理裝置或向導控制裝置(汽車導航系統) 等控制裝置也可以兼用于本發明的控制部105。這樣，可以得到減少 控制裝置的總數的效果。
耳機部106可以不必與用戶的耳朵接觸，可以在用戶周圍的車內 空間裝備揚聲器，例如在車門或前面的儀表板上裝備揚聲器。
偏轉部支持部401從頂棚或窗的上部支持偏轉部104。偏轉部支 持部401的相位調整功能是能夠按照用戶的頭部位置對偏轉部104的 位置和傾斜角度進行調整的。調整可以由用戶手動進行，也可以自動 進行。作為自動調整的方法，可以是在偏轉部支持部401的附近設置 攝像機，并通過拍攝并識別用戶的頭部或眼睛等位置變化，移動或旋轉偏轉部104，以使偏轉部104處于適當的位置或角度。 (實施例9)
圖29示出了本發明的實施例9中的椅子安裝式的顯示裝置的構 成圖。
光源IOI、波陣面形狀變更部102、掃描部103、偏轉部104、 控制部105、以及耳機部106的基本構成與工作與實施例1相同。在 本實施例中，向坐在椅子上的用戶顯示影像。
光源IOI、波陣面形狀變更部102、以及掃描部103可以被配置 在圖29所示的從椅子的靠背到用戶眼前的偏轉部104的各個部分。 在圖29中雖然被配置在了用戶的頭部的上方，也可以配置在側頭部或 頭部的下方。
控制部105可以配置在椅子的下部。與本發明的顯示裝置不同的 其他的控制裝置，例如按摩控制裝置等控制裝置也可以兼用于本控制 部105。這樣，可以得到減少控制裝置的總數的效果。
耳機部106可以不與用戶的耳朵接觸，可以在頭部的后方或側面 設置揚聲器。
(實施例l 0 )
圖30示出了本發明的實施例1 0中的激光掃描式的HUD (平視 顯示器)的構成圖(側面圖)。并且，圖31是圖30所示的激光掃描 單元2002的詳細圖。
激光掃描單元2002被配置在汽車2001的擋風玻璃2003的下 方，具體而言，可以配置在儀表盤的內部，從而力求實現顯示裝置的 省空間化。
并且，激光掃描單元2002也可以不配置在儀表盤的內部，而配 置在儀表盤的外部。這樣，激光掃描單元2002的交換或位置變更會 變得容易。
由激光掃描單元2002掃描的光由被安裝在擋風玻璃2003上的偏 轉部104反射，通過半反射鏡2004，到達駕駛員2005的眼球2006，從而識別影像。在這樣的HUD，能夠透過擋風玻璃2003確認外界風 景，同時還能夠看到由激光掃描單元2002顯示的地圖信息和警告信 息，從而能夠提高駕駛員的安全性和方便性。
并且，被投影到用戶的視網膜上的激光的反射光由被設置在用戶 的眼前的半反射鏡2004反射，并由光檢測部214檢測。
激光掃描單元2002由光源101、波陣面形狀變更部102、掃描 部103、以及控制部105構成。圖31示出了本嗯實施例中的光源101、 波陣面形狀變更部102、以及偏轉部104的結構的例子。
圖31中的光源101與圖2相同，由紅色激光光源211、藍色激 光光源212、綠色激光光源213構成。并且，在本實施例中光檢測部 214不在光源101中，如圖30所示，被設置在車內的頂棚2007。由 于具有此構成，能夠縮短用戶的視網膜和光檢測部214之間的距離， 從而能夠容易地檢測出視網膜上的光點大小。
圖31中的波陣面形狀變更部102中的焦距水平^^量變更部2101 和焦距垂直分量變更部2102在光路上被串聯配置。據此，波陣面形 狀的水平方向的曲率和垂直方向的曲率可以分別變更。在本實施例中， 焦距水平分量變更部2102和焦距垂直分量變更部2102是通過變更柱 面透鏡的位置來變更水平方向和垂直方向的曲率的。
并且，焦距水平分量變更部2101和焦距垂直分量變更部2102 與圖2所示的實施例1中的波陣面形狀變更部102同樣，可以通過組 合變更柱面透鏡和反射鏡，并改變反射鏡的位置來變更波陣面形狀。 這樣，通過快速振動反射鏡，從而即使在顯示分辨率高的圖像以及幀 率高的運動圖像時，也能夠恰當地變更波陣面形狀。
并且，本實施例中的偏轉部104可以通過透過式的全息照相來實 現。本實施例中的偏轉部104可以是在擋風玻璃2003的內側(眼睛 一側)形成例如形成李普曼全息圖的光聚合物層，并使來自掃描部103 的光束在用戶的眼睛的瞳孔處衍射并聚光。
在光聚合物層可以形成多層分別反射來自紅色、綠色、藍色光源的光的三個全息圖，也可以層疊與各個顏色的光相對應的三層全息圖。 并且，通過使光聚合物層成為，利用全息圖的波長選擇性，僅使光源 波長的光衍射，不使幾乎來自外界的所有的光，也就是說光源波長以 外的波長的光衍射，從而可以作為透過型的顯示器。
并且，偏轉部104可以自由地拆裝于擋風玻璃2003。這樣，在 不需要顯示器顯示的情況下，可以通過拆下偏轉部104，從而保持擋 風玻璃2003的透過性，并且能夠提高駕駛員的安全性。
并且，偏轉部104不是將來自掃描部103的光反射向用戶的某一 只眼睛，可以反射向用戶的雙眼。這樣，可以通過一個偏轉部104將 影像顯示在用戶的雙眼。
在本發明的實施例l 0中，通過將半反射鏡2004設置在用戶的 眼前，從而能夠將來自用戶的視網膜的反射光反射給光檢測部214。 半反射鏡2004可以由支持棒2008被安裝在汽車2001的頂棚2007。 通過此結構，可以不必強行地將裝置安裝于用戶的頭部，就可以檢測 出用戶的視網膜上的光點大小。
并且，半反射鏡2004以及光檢測部214可以不必設置在汽車 2001的頂棚，而是可以設置在駕駛員的眼鏡或帽子上。這樣，即使駕 駛員的頭前后運動，也可以減少頭部與半反射鏡的接觸，從而提高駕 駛員的安全性。
控制部105具備控制HUD各個部的集成電路。各個激光的輸出 以及波陣面形狀變更部102、掃描部103、光檢測部214的控制由控 制部105進行。在本實施例中，雖然光檢測部214被配置在頂棚，控 制部105被設置在儀表盤內部，不過，光檢測部214和控制部105 之間的通信可以通過將有線電纜盤繞在汽車內部來進行，也可以進行 無線通信。
并且，在圖30中僅示出了用戶的一只眼睛，不過也可以再設置一 組激光掃描單元2002、偏轉部104、光檢測部214，從而與用戶的雙 眼對應進行光束的曲率半徑的控制。這樣，在左右眼的視力不同的情況下，也可以分別與各個眼睛相對應來設定光束的曲率半徑，從而可 以防止單側的眼睛出現影像模糊的狀態。 (實施例11)
圖32是本發明的實施例1 1中的激光掃描式的單眼鏡2201的構 成圖(側面圖)。
單眼鏡2201具有攝像機2203，用戶可以通過窺視單眼鏡2201， 來視聽攝像機2203拍攝的影像以及來自被連接在單眼鏡2201的外部 輸入端子的外部影像設備的影像。通過具有圖32的構成，用戶可以不 必像HMD那樣將裝置安裝于頭部，并且，在室外也可以簡單地利用 激光掃描式顯示裝置。
單眼鏡2201由光源101、波陣面形狀變更部102、掃描部103、 偏轉部104、控制部105、攝像機2203、以及折回反射鏡2202構成。
圖32中的光源101與圖2相同，由紅色激光光源211、藍色激 光光源212、綠色激光光源213、以及光檢測部214構成。
圖32中的波陣面形狀變更部102中的焦距水平分量變更部201 和焦距垂直分量變更部202在光路上被串聯配置。據此，波陣面形狀 的水平方向的曲率和垂直方向的曲率可以分別變更。在本實施例中， 如圖2所示，可以通過組合柱面透鏡和反射鏡，并變更反射鏡的位置， 從而變更垂直方向以及水平方向的波陣面形狀。
來自波陣面形狀變更部102的光束經由折回反射鏡2202，并由 掃描部103掃描，入射到偏轉部104。
偏轉部104是被配置在單眼鏡2201的接目部分的目鏡，將來自 掃描部103的光聚光在用戶的瞳孔上。并且，偏轉部104可以不是凸 透鏡，可以是透過式全息圖。這樣，可以使目鏡部分變薄，并使單眼 鏡2201小型化。
來自用戶的視網膜上的反射光在沿著與入射光相同的路徑且相反 的方向行進后，由光檢測部214檢測。
控制部105具備控制單眼鏡2201的各個部的集成電路。各個激光的輸出以及波陣面形狀變更部102、掃描部103、光檢測部214、 以及攝像機2203的控制由控制部105進行。
并且，在圖32中僅示出了用戶的一只眼睛，不過也可以再設置一 組光源101、波陣面形狀變更部102、掃描部103、偏轉部104、光 檢測部214，制成雙眼鏡形狀，從而與用戶的雙眼對應進行光束的曲 率半徑的控制。這樣，在左右眼的視力不同的情況下，也可以分別與 各個眼睛相對應來設定光束的曲率半徑，從而可以防止單側的眼睛出 現影像模糊的狀態。
并且，也可以是，在成為雙眼鏡的形狀的情況下，將用于左右眼 顯示的光源101設成一個，通過棱鏡等對來自光源101的光束進行分 光，并分別入射到用于左右眼顯示的波陣面形狀變更部102。這樣， 為了減少必要的光源而能夠使雙眼鏡小型化，并且能夠抑制耗電量。 (實施例l 2)
圖33示出了本發明的實施例1 2中的激光掃描式的顯示器2301 的構成圖(側面圖)。
顯示器2301由光源101、波陣面形狀變更部102、掃描部103、 偏轉部104以及控制部105構成。用戶將該顯示器設置于桌子2302 上利用。通過具有圖33的構成，用戶可以不必像HMD那樣將裝置安 裝在頭部。并且，可以不必像單眼鏡那樣需要長時間地用手來支持裝 置，從而可以在沒有負擔的情況下長時間地利用顯示器。
圖33中的光源101與圖2相同，由紅色激光光源211、藍色激 光光源212、綠色激光光源213、以及光檢測部214構成。
圖33中的波陣面形狀變更部102中的焦距水平分量變更部201 和焦距垂直分量變更部202在光路上被串聯配置。據此，波陣面形狀 的水平方向的曲率和垂直方向的曲率可以分別變更。在本實施例中， 如圖2所示，可以通過組合柱面透鏡和反射鏡，并變更反射鏡的位置， 從而變更垂直方向以及水平方向的波陣面形狀。
來自波陣面形狀變更部102的光束由掃描部103掃描，入射到偏轉部104。
本實施例中的偏轉部104可以通過透過式的全息圖來實現。本實 施例中的偏轉部104被配置在顯示器的表面，將來自掃描部103的光 聚光在用戶的瞳孔上。
來自用戶的視網膜上的反射光在沿著與入射光相同的路徑且相反 的方向行進后，由光檢測部214檢測。
控制部105具備控制顯示器各個部的集成電路。各個激光的輸出 以及波陣面形狀變更部102、掃描部103、光檢測部214的控制由控 制部105進行。
并且，在圖33中僅示出了用戶的一只眼睛，不過也可以再設置一 組光源IOI、波陣面形狀變更部102、掃描部103、偏轉部104、光 檢測部214,從而與用戶的雙眼對應進行光束的曲率半徑的控制。這 樣，在左右眼的視力不同的情況下，也可以分別與各個眼睛相對應來 設定光束的曲率半徑，從而可以防止單側的眼睛出現影像模糊的狀態。
并且，也可以是，將用于左右眼顯示的光源101設成一個，通過 棱鏡等對來自光源101的光束進行分光，并分別入射到用于左右眼顯 示的波陣面形狀變更部102。這樣，為了減少必要的光源而能夠使顯 示器小型化，并且能夠抑制耗電量。
以上參照附圖對本發明的實施例進行了說明，但本發明并非受圖 示的實施例所限。對于圖示的實施例，在與本發明的同一范圍內或與 本發明屬于同等的范圍內，可以添加各種修改與變形。
本發明所涉及的光束掃描式顯示裝置具有波陣面形狀變更部等， 能夠應用于顯示裝置、顯示系統、顯示方法、顯示程序等。
權利要求
1.一種光束掃描式顯示裝置，其特征在于，包括光源，用于輸出光束；掃描部，掃描從所述光源輸出的光束；偏轉部，使由所述掃描部進行掃描的光束向用戶的眼睛的方向偏轉；以及波陣面形狀變更部，為使光束的光點大小在預先規定的容許范圍內，變更來自所述光源的光束的波陣面形狀，并輸出到所述掃描部。
2. 如權利要求1所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 該光束掃描式顯示裝置包括光檢測部，用于檢測由所述掃描部進行掃描的光束的一部分；所述波陣面形狀變更部根據所述光檢測部的檢測結果，變更光束 的波陣面形狀。
3. 如權利要求2所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述光檢測部檢測入射到用戶的眼睛的光束在角膜上的反射光； 所述光束掃描式顯示裝置包括視線檢測部，根據由所述光檢測部檢測出的反射光的強度，檢測 用戶的視線方向；以及視野位置判斷部，利用在所述視線檢測部檢測出的視線方向，判 斷在用戶的視野區域內的光束的位置；所述波陣面形狀變更部，根據按照在所述視野位置判斷部判斷的 光束的位置而變動的所述容許范圍，變更光束的波陣面形狀。
4. 如權利要求3所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于，所述容許范圍的上限在光束越接近用戶的視野中心的情況下就越 大，在越遠離視野中心的情況下就越小。
5. 如權利要求4所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述容許范圍的上限是與用戶的視野區域內的位置所對應的視力分辨能力相對應的值和與視野中心的目標顯示分辨率相對應的值中的 值大的一個。
6. 如權利要求2所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于，包括光點大小判斷部，根據所述光檢測部的檢測結果，判斷入射到用 戶的眼睛的光束在視網膜上的光點大小；以及光束曲率控制部，保持光束的曲率半徑的目標值，在所述光點大 小判斷部所判斷的光點大小不超過預先規定的閾值的范圍內，使光束 的曲率半徑每次變更規定的值，從而使光束的曲率半徑分階段地接近 所述目標值。
7. 如權利要求6所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 在所述光點大小判斷部所判斷的光點大小不超過預先規定的閾值的范圍內，光束的曲率半徑的所述目標值被設定為最大的值。
8. 如權利要求7所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 在所述光點大小判斷部的判斷結果超過了所述閾值的情況下，所述光束曲率控制部降低所述目標值。
9. 如權利要求6所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述光束曲率控制部只有所述光點大小在一定的時間內的變動幅度在一定值以下的情況下，才變更光束的曲率半徑。
10.如權利要求6所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 該光束掃描式顯示裝置包括運動檢測部，用于檢測用戶的身體動 作變化；所述光束曲率控制部根據所述運動檢測部的輸出，在用戶的身體 動作變化的幅度在一定值以上的情況下，不進行所述曲率半徑的變更。
11.如權利要求6所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述光束曲率控制部交替地重復使光束的曲率半徑增加的期間和 使所述曲率半徑減少的期間。
12.如權利要求2所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述偏轉部包括襯底和在所述襯底的至少一部分上形成的全息反 射鏡；所述全息反射鏡具有偏轉區域和反射體，所述偏轉區域使來自所 述掃描部的掃描光朝向用戶的眼睛，所述反射體反射由所述掃描部輸 出的光束的一部分并導入所述光檢測部。
13.如權利要求l 2所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述反射體被形成在所述偏轉區域內； 所述偏轉區域和所述反射體被復用。
14.如權利要求l 2所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， ^f述反射體被形成在所述偏轉區域的周圍的至少一部分。
15.如權利要求l 2所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 在視網膜上的光點大小成為最佳值時，所述反射體輸出最強的反 射光。
16.如權利要求l 2所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述光源包括紅色激光光源、藍色激光光源以及綠色激光光源， 該綠色激光光源具有輸出中心波長在750nm以上、1500nm以下的 紅外光的紅外線激光光源，以及將紅外光的一部分轉換為綠色的二次 諧波產生元件；所述反射體反射所述紅外光。
17.如權利要求l 6所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述偏轉部具有屏蔽紅外光的屏蔽膜，該屏蔽膜在與所述襯底的 安裝有所述全息反射鏡的面相反一側的面上。
18.如權利要求2所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于，且相互正交的兩個方向的光束的曲率半徑。
19.如權利要求2所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述光檢測部檢測從所述掃描部輸出且在所述偏轉部、用戶的眼睛的角膜、用戶的眼睛的視網膜以及用戶的瞳孔的虹彩中的任一個上 反射的反射光。
20.如權利要求l所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述波陣面形狀變更部具有水平分量變更部和垂直分量變更部，所述水平分量變更部變更光束的水平分量的波陣面形狀，所述垂直分 量變更部變更垂直分量的波陣面形狀。
21 .如權利要求2 0所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述水平分量變更部比所述垂直分量變更部更能夠使光束的波陣面形狀發生大的變更。
22.如權利要求2 0所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述波陣面形狀變更部中的所述水平分量變更部和所述垂直分量 變更部在光路上被串聯配置，并依次變更光束的波陣面形狀。
23.如權利要求2 0所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述波陣面形狀變更部變更光束的波陣面形狀，并且在所述掃描部的水平方向掃描時的波陣面形狀的變更大于垂直方向掃描時的波陣面形狀的變更。
24.如權利要求l所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 該光束掃描式顯示裝置為眼鏡式的圖像顯示裝置，包括 一對透鏡，具有所述偏轉部；一對眼鏡腿，從所述一對透鏡的各透鏡的外緣部向后方延伸，并 且至少保持所述掃描部；以及折回反射鏡，將來自所述光源的光束導入所述掃描部，且該折回 反射鏡被配置在，向所述掃描部入射的光束的入射角比從所述光源直 接入射到所述掃描部的情況小的位置上；所述折回反射鏡包括第一反射鏡，被配置在所述眼鏡腿內的、與所述掃描部在垂直方 向上隔離的位置，并且反射來自所述光源的光束；以及第二反射鏡，被配置在比所述第一反射鏡更靠近所述透鏡的位置， 并將來自所述第一反射鏡的反射光導入所述掃描部。
25.如權利要求2 4所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述偏轉部是全息反射鏡，包括圖像反射區域，使來自所述掃描部的掃描光向用戶的眼睛方向偏轉；以及折回反射區域，起到所述第二反射鏡的功能。
26.如權利要求2 5所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述折回反射區域具有像差，該像差用于校正在所述偏轉區域所 產生的像差的至少一部分。
27.如權利要求l所述的光束掃描式顯示裝置，其特征在于， 所述波陣面形狀變更部包括 透鏡，對由所述光源輸出的光束進行聚光； 反射鏡，使在所述透鏡被聚光的光束向所述透鏡反射；以及 位置控制部，控制所述透鏡和所述反射鏡之間的距離。
28. —種光束掃描式顯示方法，其特征在于，包括 光束輸出步驟，用于輸出光束； 掃描步驟，掃描在所述光束輸出步驟輸出的光束； 偏轉步驟，使在所述掃描部掃描的光束向用戶的眼睛的方向偏轉；以及波陣面形狀變更步驟，為使光束的光點大小在預先規定的容許范 圍內，變更來自所述光束輸出步驟的光束的波陣面形狀，并輸出到所 述掃描步驟。
29. —種程序，其特征在于，使計算機執行以下的步驟 光束輸出步驟，用于輸出光束； 掃描步驟，掃描在所述光束輸出步驟輸出的光束； 偏轉步驟，使在所述掃描部掃描的光束向用戶的眼睛的方向偏轉;以及波陣面形狀變更步驟，為使光束的光點大小在預先規定的容許范圍內，變更來自所述光束輸出步驟的光束的波陣面形狀，并輸出到所 述掃描步驟。
30.—種集成電路，其特征在于，包括光源，用于輸出光束；掃描部，掃描從所述光源輸出的光束；偏轉部，使由所述掃描部進行掃描的光束向用戶的眼睛的方向偏 轉；以及波陣面形狀變更部，為使光束的光點大小在預先規定的容許范圍 內，變更來自所述光源的光束的波陣面形狀，并輸出到所述掃描部。
全文摘要
作為頭戴式顯示器(HMD)和平視顯示器(HUD)等而被利用的光束掃描式顯示裝置包括光源(101)，輸出光束；掃描部(103)，掃描從所述光源(101)輸出的光束；偏轉部(104)，使在所述掃描部(103)掃描的光束向用戶的眼睛的方向偏轉；以及波陣面形狀變更部(102)，為使光束的光點大小在預先規定的容許范圍內，變更來自所述光源(101)的光束的波陣面形狀，并輸出到所述掃描部(103)。
文檔編號G02B27/02GK101589327SQ20088000117
公開日2009年11月25日 申請日期2008年9月26日 優先權日2007年9月26日
發明者伊藤達男, 山本格也, 杉山圭司, 笠澄研一, 黑塚章 申請人:松下電器產業株式會社